CN104334388B - 车辆用热量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车辆用热量管理系统。第一流通部(15、16、17、18)以使两个系统的热介质中的一方的热介质选择性地在散热器用流路(11)或者第一旁通流路(12)中流通的方式切换热介质的流动,第二流通部(24、47)以使两个系统的热介质选择性地在第二流路组(25、26、27、28)中流通的方式切换热介质的流动,第一流通部以及第二流通部以构成第一循环回路以及第二循环回路的方式切换热介质的流动,在所述第一循环回路中,热介质在第一流路组(11、12、13)、第二流路组(25、26、27、28)以及第一泵(21)之间循环,在所述第二循环回路中,热介质在第一流路组、第二流路组以及第二泵(23)之间循环。
Description
关联申请的相互参照
本申请基于2012年5月24日申请的日本专利申请2012-118357以及2013年4月22日申请的日本专利申请2013-89455,作为参考,将其公开内容引入本申请。
技术领域
本发明涉及在车辆中使用的热量管理系统。
背景技术
以往,在专利文献1中记载有一种车辆用热量控制装置,该车辆用热量控制装置进行电动发电机以及逆变器的冷却,并对蓄电池、车室以及减速齿轮机构进行冷却以及加温。
该车辆用热量控制装置具备:供对电动发电机以及逆变器进行冷却的冷却水循环的冷却回路;供在蓄电池、车室以及减速齿轮机构的冷却以及加温中使用的冷却水循环的第一循环回路;以及供通过室外热交换器而与外部气体之间进行热交换的冷却水循环的第二循环回路。
此外,热量控制装置具备进行冷却回路与第一循环回路的断开与连接的第一阀、将冷却回路与第一循环回路以及第二循环回路中的任一者连接的第二阀、以及进行冷却回路与第二循环回路的断开与连接的第三阀,通过以上各个阀的控制将冷却回路的连接对象在第一循环回路与第二循环回路之间切换。
在循环于第二循环回路中的冷却水与循环于第一循环回路中的冷却水之间,能够利用热量移动装置进行热量的移动。该热量移动装置在第一循环回路的冷却水与第二循环回路的冷却水之间进行热量从低温的冷却水朝向高温的冷却水的移动。
通过利用第一阀~第三阀将冷却回路连接于第一循环回路或者第二循环回路,利用第二循环回路的室外热交换器将冷却回路的冷却水的热量向外部气体释放,由此能够冷却电动发电机以及逆变器。
通过利用热量移动装置使第一循环回路的冷却水的热量向第二循环回路的冷却水移动,利用室外热交换器将第二循环回路的冷却水的热量向外部气体释放,由此能够对蓄电池、车室以及减速齿轮机构进行冷却。
通过利用热量移动装置使第二循环回路的冷却水的热量向第一循环回路的冷却水移动,利用室外热交换器使降至低温的第二循环回路的冷却水与外部气体进行热交换,由此能够对蓄电池、车室以及减速齿轮机构进行加温。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-121551号公报
根据本申请的发明人们的研究,由于能够将电动发电机以及逆变器切换连接于第一循环回路以及第二循环回路中的任一者,因此,虽然能够切换两个系统的冷却水(热介质),使其在电动发电机以及逆变器中循环,但对于蓄电池、车室以及减速齿轮机构,由于无法与第二循环回路直接连接,因此,无法切换两个系统的冷却水而使在蓄电池、车室以及减速齿轮机构中循环。因此,存在蓄电池、车室以及减速齿轮机构的温度调整方面的自由度较低的顾虑。
另外,在第二循环回路中,由于冷却水始终通过室外热交换器(散热器),因此始终在与外部气体之间进行散热或者吸热(热交换)。因此,还存在在多个被热交换设备彼此间交换热量而难以有效利用热量的顾虑。
发明内容
鉴于所述间题,本发明的目的在于提供一种车辆用热量管理系统,该车辆用热量管理系统能够在多个被热交换设备中切换两个系统的热介质而使其循环,并能够切断散热器中的热介质与外部气体的热交换。
本发明的车辆用热量管理系统具备散热器、第一流路组、冷却器、加热器、热介质流通设备、多个被热交换设备、第二流路组、第一泵、第二泵、第一流通部以及第二流通部。所述散热器使热介质与外部气体进行热交换。所述第一流路组包括作为供所述热介质流动的流路且配置有所述散热器的散热器用流路、以及使所述热介质绕过所述散热器而流动的第一旁通流路与第二旁通流路。所述冷却器对所述热介质进行冷却,所述加热器对所述热介质进行加热。利用所述加热器加热后的所述热介质在所述热介质流通设备中流动。所述多个被热交换设备与所述热介质进行热交换。所述第二流路组包括作为供所述热介质流动的流路且配置有所述冷却器的冷却器用流路、作为供所述热介质流动的流路且配置有所述加热器的加热器用流路、以及作为供所述热介质流动的流路且配置有所述多个被热交换设备的多个被热交换设备用流路。所述第一泵与所述第二泵以两个系统吸入并排出所述热介质。所述第一流通部使所述第一泵以及所述第二泵排出的两个系统的热介质在所述第一流路组中流通。所述第二流通部使所述两个系统的热介质在所述第二流路组中流通。
在所述加热器用流路中设置有所述热介质流通设备,或者连接有配置有所述热介质流通设备的流路的端部。所述第一流通部以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述两个系统的热介质中的一方的热介质选择性地在所述散热器用流路或者所述第一旁通流路中流通。所述第二流通部以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述两个系统的热介质选择性地在所述第二流路组中流通。所述第一流通部以及所述第二流通部以构成第一循环回路以及第二循环回路的方式切换所述热介质的流动,在所述第一循环回路中,所述热介质在所述第二流路组以及所述第一泵之间循环,在所述第二循环回路中,所述热介质在所述第一流路组、所述第二流路组以及所述第二泵之间循环。
由此,能够将所述多个被热交换设备用流路在所述第一泵侧的所述第一循环回路与所述第二泵侧的所述第二循环回路之间切换,故而能够在所述多个被热交换设备中切换两个系统的热介质而使其循环。
另外,由于能够相对于所述散热器用流路切断所述热介质的流通,因此,能够切断在所述散热器中的与外部气体进行的热交换。
附图说明
图1是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图2是第一实施方式的制冷循环系统的结构图。
图3是第一实施方式的电池模块的剖视图。
图4是第一实施方式的逆变器模块的剖视图。
图5是第一实施方式的第一切换阀的立体图。
图6是第一实施方式的第一切换阀的剖视图。
图7是第一实施方式的第一切换阀的剖视图。
图8是第一实施方式的第一切换阀的剖视图。
图9是第一实施方式的第二切换阀的立体图。
图10是第一实施方式的第二切换阀的剖视图。
图11是第一实施方式的第二切换阀的剖视图。
图12是第一实施方式的第二切换阀的剖视图。
图13是示出第一实施方式的车辆用热量管理系统的电控制部的框图。
图14是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出废热回收供暖模式。
图15是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出废热回收供暖模式的另一例。
图16是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出外部气体吸热热泵供暖模式。
图17是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出第一除霜模式。
图18是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出第二除霜模式。
图19是第一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出蓄热体吸热热泵供暖模式。
图20是第二实施方式的电池模块的剖视图。
图21是第二实施方式的电池模块的剖视图,示出保温模式。
图22是第二实施方式的电池模块的剖视图,示出蓄热模式以及蓄冷模式。
图23是第二实施方式的电池模块的剖视图,示出蓄冷能回收模式。
图24是对第二实施方式的换气损失回收模式的第一导风路模式图案进行说明的图。
图25是对第二实施方式的换气损失回收模式的第二导风路模式图案进行说明的图。
图26是第三实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出辅助冷却模式。
图27是辅助冷却模式下的制冷循环系统的莫里尔图。
图28是第三实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出中间压力模式。
图29是中间压力模式下的制冷循环系统的莫里尔图。
图30是第三实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出吸热源模式。
图31是第三实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图,示出吸热源模式。
图32是吸热源模式下的制冷循环系统的莫里尔图。
图33是第四实施方式的电池模块的剖视图,示出保温模式。
图34是第四实施方式的电池模块的剖视图,示出蓄热模式以及蓄冷模式。
图35是第四实施方式的电池模块的剖视图,示出蓄冷能回收模式。
图36是第五实施方式的电池模块的剖视图。
图37是第六实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图38是第七实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图39是示出第八实施方式的车辆用热量管理系统的主要部分的结构图。
图40是对第八实施方式的车辆用热量管理系统的动作进行说明的图。
图41是示出第九实施方式中的纳米流体的纵横比与导热率的关系的曲线图。
图42是示出第九实施方式中的混入到冷却水中的碳纳米管的立体图。
图43是示出第九实施方式中的混入到冷却水中的石墨烯的立体图。
图44是第十实施方式的电加热器内置箱体的剖视图。
图45是第十实施方式的热交换器内置箱体的剖视图。
图46是第十一实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图47是第十二实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是,在以下的各实施方式彼此之中,在附图中对彼此相同或等同的部分标注相同的附图标记。
(第一实施方式)
以下,根据图1~图19对第一实施方式进行说明。图1所示的车辆用热量管理系统10用于对车辆所具备的各种设备(需要冷却或者加热的设备)、车室内进行空气调节(制冷或者供暖),使之达到适当的温度。
在本实施方式中,将热量管理系统10应用于从发动机(内燃机)以及行驶用电动马达获得车辆行驶用的驱动力的混合动力机动车。
本实施方式的混合动力机动车构成为插电式混合动力(plug-in hybrid)机动车,该插电式混合动力机动车能够将车辆停车时从外部电源(商用电源)供给的电力向搭载于车辆的电池(车载蓄电池)充电。作为电池,例如能够使用锂离子电池。
从发动机输出的驱动力不仅使用于车辆行驶,还使用于使发电机动作。并且,能够将利用发电机产生的电力以及从外部电源供给的电力存储于电池,存储于电池的电力不仅供给至行驶用电动马达,还供给至以构成冷却系统的电动式构成设备为代表的各种车载设备。
如图1所示,热量管理系统10具有彼此并联的散热器用流路11、第一旁通流路12以及第二旁通流路13。散热器用流路11、第一旁通流路12以及第二旁通流路13是供冷却水流动的冷却水流路。
冷却水是作为热介质的流体。在本实施方式中,作为冷却水,使用至少含有乙二醇或二甲聚硅氧烷的液体或者防冻液。
在散热器用流路11中配置有散热器14。散热器14是通过使冷却水与车室外空气(以下,称作外部气体)进行热交换而使冷却水的热量向外部气体释放的散热器(室外热交换器)。
利用室外送风机(未图示)向散热器14输送外部气体。由于散热器14配置在车辆的最前部,因此,能够在车辆行驶时向散热器14喷吹行驶风。
第一旁通流路12以及第二旁通流路13是供冷却水绕过散热器14流动的旁通流路。也可以在第一旁通流路12以及第二旁通流路13的中途配置与冷却水进行热交换的设备。
散热器用流路11以及第一旁通流路12的上游侧与三通阀15连接。三通阀15具有供冷却水流入的入口15a、供冷却水流出的第一出口15b和第二出口15c、以及阀芯(未图示)。阀芯以从入口15a流入的冷却水选择性地从第一出口15b或者第二出口15c流出的方式切换冷却水的流动。
散热器用流路11与三通阀15的第一出口15b连接,第一旁通流路12与三通阀15的第二出口15c连接。
第二旁通流路13的上游侧与第一连通流路16连接。第一连通流路16是具有供冷却水流入的入口16a以及供冷却水流出的出口16b且将入口16a与出口16b连接起来的流路。
第一连通流路16的出口16b与第二旁通流路13连接。因此,流入到第一连通流路16的入口16a的冷却水直接通过第一连通流路16,从出口16b向第二旁通流路13流出。
散热器用流路11的下游侧与合流流路17的第一入口17a连接。第一旁通流路12的下游侧与合流流路17的第二入口17b连接。合流流路17使从第一入口17a流入的冷却水以及从第二入口17b流入的冷却水合流,并从其出口17c流出。
第二旁通流路13的下游侧与第二连通流路18连接。第二连通流路18是具有供冷却水流入的入口18a以及供冷却水流出的出口18b且将入口18a与出口18b连接起来的流路。
第二连通流路18的出口18b与第二旁通流路13连接。因此,从第二旁通流路13流入到第二连通流路18的入口18a的冷却水直接通过第二连通流路18,从出口18b流出。
三通阀15、第一连通流路16、合流流路17以及第二连通流路18构成使两个系统的冷却水相对于散热器用流路11、第一旁通流路12以及第二旁通流路13(第一流路组)流通的第一流通部。流路20与合流流路17的出口17c连接。在流路20中配置有第一泵21。流路22与第二连通流路18的出口18b连接。在流路22中配置有第二泵23。
第一泵21以及第二泵23是吸入并排出冷却水的电动泵。由于第一泵21以及第二泵23彼此并联地配置,因此,利用第一泵21以及第二泵23吸入、排出两个系统的冷却水。
第一泵21侧的流路20的下游侧与第一切换阀24的第一入口24a连接。第二泵23侧的流路22的下游侧与第一切换阀24的第二入口24b连接。
第一切换阀24具有供冷却水流出的四个(多个)出口24c、24d、24e、24f。第一切换阀24以从各出口24c、24d、24e、24f流出的冷却水成为从第一入口24a流入的冷却水以及从第二入口24b流入的冷却水中的任一者的方式切换冷却水的流动。
第一并联流路25与第一切换阀24的出口24c连接。第二并联流路26与第一切换阀24的出口24d连接。第三并联流路27与第一切换阀24的出口24e连接。第四并联流路28与第一切换阀24的出口24f连接。
在第一并联流路25中配置有冷却水冷却用热交换器30。在第二并联流路26中配置有冷却水加热用热交换器31。
冷却水冷却用热交换器30构成制冷循环系统32的低压侧热交换器。冷却水冷却用热交换器30是通过使制冷循环系统32的低压冷媒与冷却水进行热交换而对冷却水进行冷却的冷却器。因此,第一并联流路25构成配置有冷却器的冷却器用流路。
冷却水加热用热交换器31构成制冷循环系统32的高压侧热交换器。冷却水加热用热交换器31是通过使制冷循环系统32的高压冷媒与外部气体进行热交换而加热冷却水的加热器。因此,第二并联流路26构成配置有加热器的加热器用流路。
制冷循环系统32是蒸气压缩式制冷机。在本例中,冷媒是氟利昂类冷媒,制冷循环系统32构成高压侧冷媒压力不超过冷媒的临界压力的亚临界制冷循环系统。
制冷循环系统32除了作为低压侧热交换器的冷却水冷却用热交换器30以及作为高压侧热交换器的冷却水加热用热交换器31之外,还具有压缩机33以及膨胀阀34(第一膨胀阀)。
压缩机33是利用从电池供给的电力而被驱动的电动压缩机,吸入气相冷媒后进行压缩并排出。压缩机33也可以经由带轮、带等由发动机旋转驱动。
从压缩机33排出的高温高压的气相冷媒通过利用高压侧热交换器即冷却水加热用热交换器31与冷却水进行热交换而吸热并冷凝。
膨胀阀34是使利用冷却水加热用热交换器31冷凝后的液相冷媒减压膨胀的减压器。利用膨胀阀34进行减压膨胀后的低压冷媒利用低压侧热交换器即冷却水冷却用热交换器30与冷却水进行热交换,由此从冷却水吸热并蒸发。利用冷却水冷却用热交换器30蒸发后的气相冷媒被压缩机33吸入并压缩。
在散热器14中,利用外部气体对冷却水进行冷却,与此相对地,在冷却水冷却用热交换器30中,利用制冷循环系统32的低压冷媒对冷却水进行冷却。因此,利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水的温度比利用散热器14冷却后的冷却水的温度低。
具体而言,在散热器14中,无法将冷却水冷却至比外部气体的温度低的温度,与此相对地,在冷却水冷却用热交换器30中,能够将冷却水冷却至比外部气体的温度低的温度。
在第二并联流路26中,在冷却水加热用热交换器31的下游侧配置有加热器芯35。加热器芯35是通过使利用冷却水加热用热交换器31加热后的冷却水与朝向车室内的送风空气进行热交换而加热送风空气的加热用热交换器。加热器芯35是供冷却水流通的冷却水流通设备(热介质流通设备)。
如图2所示,加热器芯35在室内空气调节单元的外壳36的内部配置于制冷循环系统32的蒸发器37的空气流下游侧。
外壳36形成供利用室内送风机38输送的送风空气流动的空气通路。蒸发器37是制冷循环系统32的低压侧热交换器,且是使制冷循环系统的低压冷媒与送风空气进行热交换而冷却送风空气的冷却用热交换器。
在室内空气调节单元的外壳36的内部,在蒸发器37与加热器芯35之间配置有空气混合门39。空气混合门39是调整通过加热器芯35的送风空气的风量与绕过加热器芯35流动的送风空气的风量的比例的风量比例调整器。
在制冷循环系统32中,蒸发器37以并联的方式与冷却水冷却用热交换器30连接。具体而言,在冷却水加热用热交换器31与膨胀阀34之间,设置有使冷媒流分支的分支部40,在冷却水冷却用热交换器30与压缩机33之间,设置有使冷媒流合流的合流部41。
在分支部40分支后的冷媒在流过蒸发器用膨胀阀42(第二膨胀阀)以及冷却水冷却用热交换器30之后在合流部41合流。
第二膨胀阀42是使利用冷却水加热用热交换器31冷凝后的液相冷媒减压膨胀的减压器。利用第二膨胀阀42减压膨胀后的低压冷媒利用低压侧热交换器即蒸发器37与送风空气进行热交换,由此从送风空气吸热并蒸发。利用蒸发器37蒸发后的气相冷媒被压缩机33吸入并压缩。
在制冷循环系统32中,在分支部40与膨胀阀34之间的冷媒流路中配置有使冷媒流路开闭的电磁阀43。当电磁阀43闭阀时,切断冷媒向膨胀阀34以及冷却水冷却用热交换器30的供给。
如图1所示,在第三并联流路27中配置有作为被热交换设备的电池模块45,在第四并联流路28中配置有作为被热交换设备的逆变器模块46。因此,第三并联流路27以及第四并联流路28构成分别配置有多个被热交换设备中的一个的多条(与被热交换设备相同数目条)被热交换设备用流路。
如图3所示,电池模块45具有电池451以及箱体452。电池451由多个电池单体等构成,收纳在箱体452的内部。
在箱体452上形成有冷却水的入口452a以及出口452b。从入口452a流入的冷却水流过箱体452的内部空间,从出口452b流出。
在箱体452的内部空间流动的冷却水与电池451进行热交换,从而对进行电池451进行冷却或者加热。基于防止输出降低、充电效率降低以及劣化等理由,优选电池451维持在10~40℃左右的温度。
箱体452由具有隔热性的材料形成。因此,电池模块45能够利用电池451所具有的热容量存储热能以及冷能。换言之,能够将电池模块45用作蓄热体。
如图4所示,逆变器模块46具有逆变器461以及箱体462。逆变器461是将从电池451供给的直流电力转换为交流电压而向行驶用电动马达输出的电力转换装置。
逆变器461由绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、碳化硅元件(SiC元件)等进行发热的元件等构成,收纳在箱体462的内部。
在箱体462上形成有冷却水的入口452a以及出口452b。从入口462a流入的冷却水流过箱体462的内部空间,从出口462b流出。
在箱体462的内部空间流动的冷却水与逆变器461进行热交换,由此对逆变器461进行冷却或者加热。基于防止劣化等理由,优选逆变器461维持在65℃以下的温度。
箱体462由具有隔热性的材料形成。因此,逆变器模块46能够利用逆变器461所具有的热容量存储热能以及冷能。换言之,能够将逆变器模块46用作蓄热体。
如图1所示,第一并联流路25的下游侧连接有第二切换阀47的入口47c。
第二并联流路26的下游侧连接有第二切换阀47的入口47d。在第三并联流路27的下游侧连接有第二切换阀47的入口47e。第四并联流路28的下游侧连接有第二切换阀47的入口47f。
第二切换阀47具有供冷却水流出的第一出口47a以及第二出口47b。第二切换阀47以从第一出口47a以及第二出口47b流出的冷却水成为从四个(多个)入口47c、47d、47e、47f中的任一者流入的冷却水的方式切换冷却水的流动。
第二切换阀47的第一出口47a经由流路48与三通阀15的入口15a连接。第二切换阀47的第二出口47b经由流路49与第一连通流路16的入口16a连接。
第一切换阀24以及第二切换阀47构成使两个系统的热介质相对于第一并联流路25、第二并联流路26、第三并联流路27以及第四并联流路28(第二流路组)流通的第二流通部。
接下来,根据图5~图12对第一切换阀24以及第二切换阀47的详细情况进行说明。第一切换阀24以及第二切换阀47的基本构造彼此相同,不同之处在于冷却水的入口与流体的出口彼此相反。
如图5所示,第一切换阀24具有形成有第一入口24a、第二入口24b以及出口24c、24d、24e、24f的主体部241。
在主体部241的内部,形成有从第一入口24a以及第二入口24b流入的冷却水向出口24c、24d、24e、24f流动的流路。
具体而言,形成有两条入口侧流路241a、241b、四条连通流路241c、241d、241e、241f、以及四条出口侧流路241g、241h、241i、241j。
入口侧流路241a是具有第一入口24a的流路。入口侧流路241b是具有第二入口24b的流路。四条连通流路241c、241d、241e、241f与两条入口侧流路241a、241b连通。
出口侧流路241g是与连通流路241c连通且具有出口24c的流路。出口侧流路241h是与连通流路241d连通且具有出口24d的流路。出口侧流路241i是与连通流路241e连通且具有出口24e的流路。出口侧流路241j是与连通流路241f连通且具有出口24f的流路。
图6是在连通流路241c、出口侧流路241g以及出口24c的部分沿垂直方向剖切第一切换阀24而得到的剖视图。在连通流路241c中配置有切换入口侧流路241a、241b与出口侧流路241g的连通状态的门式的阀芯242。
在将阀芯242旋转操作至图6所示的位置的情况下,出口侧流路241g与一方的入口侧流路241a连通,与另一方的入口侧流路241b的连接部被切断。因此,从第一入口24a流入的冷却水从出口24c流出,从第二入口24b流入的冷却水从出口24c的流出被阻碍。
在将阀芯242旋转操作至图7所示的位置的情况下,出口侧流路241g与一方的入口侧流路241a的连接部被切断,与另一方的入口侧流路241b连通。因此,从第一入口24a流入的冷却水无法从出口24c流出,从第二入口24b流入的冷却水从出口24c的流出被阻碍。
在将阀芯242旋转操作至图8所示的位置的情况下,出口侧流路241g与入口侧流路241a、241b这两方连通。因此,从第一入口24a流入的冷却水与从第二入口24b流入的冷却水在连通流路241c中混合,从出口24c流出。从第一入口24a流入的冷却水与从第二入口24b流入的冷却水的混合比能够利用阀芯242的旋转位置进行调整。
虽省略图示,但与连通流路241c相同,在其他三条连通流路241c、241d、241e、241f中也配置有切换入口侧流路241a、241b与出口侧流路241h、241i、241j的连通状态的门式的阀芯。
各阀芯由图5所示的电动致动器243以及齿轮机构244驱动。在图5的例子中,配置与阀芯相同数目的电动致动器243,但也可以使电动致动器243的个数比阀芯的个数少。在这种情况下,只要连结电动致动器243与阀芯,对各阀芯进行连动驱动即可。
如图9所示,第二切换阀47具有形成有第一出口47a、第二出口47b以及入口47c、47d、47e、47f的主体部471。
在主体部471的内部,形成有从第一出口47a以及第二出口47b流入的冷却水向入口47c、47d、47e、47f流动的流路。
具体而言,形成有两条出口侧流路471a、471b、四条连通流路471c、471d、471e、471f、以及四条入口侧流路471g、471h、471i、471j。
出口侧流路471a是具有第一出口47a的流路。出口侧流路471b是具有第二出口47b的流路。四条连通流路471c、471d、471e、471f与两条出口侧流路471a、471b连通。
入口侧流路471g是与连通流路471c连通且具有入口47c的流路。入口侧流路471h是与连通流路471d连通且具有入口47d的流路。入口侧流路471i是与连通流路471e连通且具有入口47e的流路。入口侧流路471j是与连通流路471f连通且具有入口47f的流路。
图10是在连通流路471c、入口侧流路471g以及入口47c的部分沿垂直方向剖切第二切换阀47而得到的剖视图。在连通流路471c中配置有切换出口侧流路471a、471b与入口侧流路471g的连通状态的门式的阀芯472。
在将阀芯472旋转操作至图10所示的位置的情况下,入口侧流路471g与一方的出口侧流路471a连通,与另一方的出口侧流路471b的连接部被切断。因此,从入口47c流入的冷却水从第一出口74a流出,该冷却水从第二出口74b的流出被阻碍。
在将阀芯472旋转操作至图11所示的位置的情况下,入口侧流路471g与一方的出口侧流路471a的连接部被切断,与另一方的出口侧流路471b连通。因此,从入口47c流入的冷却水从第一出口74a的流出被阻碍,该冷却水从第二出口74b流出。
在将阀芯472旋转操作至图12所示的位置的情况下,入口侧流路471g与两方的出口侧流路471a、471b连通。因此,从入口47c流入的冷却水在连通流路471c中分配,从第一出口74a以及第二出口74b流出。从第一出口74a流出的冷却水与从第二出口74b流出的冷却水的分配比能够利用阀芯472的旋转位置进行调整。
虽省略图示,但与连通流路471c相同,在其他三条连通流路471c、471d、471e、471f中,也配置有切换出口侧流路471a、471b与入口侧流路471h、471i、471j的连通状态的门式的阀芯。
各阀芯由图9所示的电动致动器473以及齿轮机构474驱动。在图9的例子中,配置与阀芯相同数目的电动致动器473,但也可以使电动致动器473的个数比阀芯的个数少。在这种情况下,只要利用连杆机构连结电动致动器473与阀芯,对各阀芯进行连动驱动即可。
接下来,根据图13对热量管理系统10的电控制部进行说明。控制装置50由包括CPU、ROM以及RAM等的公知的微型计算机及其周边电路构成。控制装置50根据存储于其ROM内的空气调节控制程序进行各种运算、处理,控制与输出侧连接的第一泵24、第二泵47、压缩机33、室内送风机38、电磁阀43、第一切换阀用电动致动器243、第二切换阀用电动致动器473等的动作。
控制装置50是控制连接于其输出侧的各种控制对象设备的控制部构成为一体而成的装置。各控制部(硬件以及软件)构成为控制各个控制对象设备的动作。
在本实施方式中,特别地以控制第一切换阀用电动致动器243以及第二切换阀用电动致动器473的动作的控制部(硬件以及软件)作为切换阀控制装置50a。当然,也可以相对于控制装置50独立地构成切换阀控制装置50a。
向控制装置50的输入侧输入内部气体传感器51、外部气体传感器52、第一水温传感器53、第二水温传感器54、电池温度传感器55、逆变器温度传感器56等各种传感器的检测信号。
内部气体传感器51是检测内部气体温度(车室内温度)的检测器(内部气体温度检测器)。外部气体传感器52是检测外部气体温度的检测器(外部气体温度检测器)。
第一水温传感器53是检测流入到第一切换阀24的第一入口24a的冷却水的温度的温度检测器。第二水温传感器54是检测流入到第一切换阀24的第二入口24b的冷却水的温度的温度检测器。
电池温度传感器55是检测从电池模块45流出的冷却水的温度的电池温度检测器。逆变器温度传感器56是检测从逆变器模块46流出的逆变器的温度的电池温度检测器。
向控制装置50的输入侧输入来自各种空气调节操作开关的操作信号,所述各种空气调节操作开关设置于配置在车室内前部的仪表板附近的操作面板58。作为设置于操作面板58的各种空气调节操作开关,设置有空调开关、自动开关、室内送风机38的风量设定开关、以及车室内温度设定开关等。
空调开关是切换空气调节(制冷或者供暖)的动作/停止(ON/OFF)的开关。自动开关是设定或者解除空气调节的自动控制的开关。车室内温度设定开关是通过乘坐人员的操作来设定车室内目标温度的目标温度设定部。
接下来,对所述结构的动作进行说明。控制装置50控制第一切换阀用电动致动器243以及第二切换阀用电动致动器473的动作,由此驱动第一切换阀24的阀芯242以及第二切换阀47的阀芯472,切换热量管理系统10的运转模式。
作为热量管理系统10的运转模式,有废热回收供暖模式、外部气体吸热热泵供暖模式、第一除霜模式、第二除霜模式以及蓄热体吸热热泵供暖模式。
在利用被加热器芯35加热后的送风空气对车室内供暖、且作为被热交换设备的电池模块45以及逆变器模块46的至少一个的出口水温在40℃(设定值)以上的情况下,实施图14所示的废热回收供暖模式。
在图14中,示出从电池模块45流出的冷却水的温度在40℃以上,从逆变器模块46流出的冷却水的温度小于40℃的情况的例子。
在该例的情况下,第一切换阀24使第一入口24a与出口24c、24f连通,使第二入口24b与出口24d、24e连通。第二切换阀47使第一出口47a与入口47c、47f连通,使第二出口47b与入口47d、47e连通。三通阀15如图14所示使入口15a与第一出口15b连通。
由此,如图14的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,形成从电池模块45流出的40℃以上的冷却水(高温冷却水)在第二旁通流路13以及加热器芯35中循环的循环回路(高温冷却水循环回路)、以及从逆变器模块46流出的小于40℃的冷却水(非高温冷却水)在散热器用流路11中循环的循环回路(非高温冷却水循环回路)。
由此,从电池模块45流出的40℃以上的冷却水在加热器芯35中流动,从逆变器模块46流出的小于40℃的冷却水不在加热器芯35中流动,因此,能够将在加热器芯35中流动的冷却水的温度维持在40℃以上。因此,能够利用加热器芯35将送风空气加热至供暖所需的温度以上,故而能够将电池模块45的废热用于供暖。
需要说明的是,对于废热回收供暖模式,如图15所示,也可以是三通阀15使入口15a与第二出口15c连通,从逆变器模块46流出的小于40℃的冷却水(非高温冷却水)在第一旁通流路12中循环。
由此,不利用散热器14从外部气体吸热,故而与利用散热器14从外部气体吸热的情况相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的热介质的温度。因此,能够在制冷循环系统32的低压侧提高使冷媒蒸发的效率。
图16所示的外部气体吸热热泵供暖模式在从被热交换设备45、46回收的废热量不满足供暖能力的情况下实施。例如,在推断利用上述的废热回收供暖模式时车室内温度达不到空气调节设定温度的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力。
并且,在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力。在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
另外,在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力。在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
在外部气体吸热热泵供暖模式下,第一切换阀24使第一入口24a与出口24c连通,使第二入口24b与出口24d、24e、24f连通。第二切换阀47使第一出口47a与入口47c连通,使第二出口47b与入口47d、47e、47f连通。三通阀15使入口15a与第一出口15b连通。
由此,如图16的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,形成从冷却水冷却用热交换器30流出的低温冷却水在散热器用流路11中循环的循环回路(低温冷却水循环回路)、从冷却水加热用热交换器31流出的高温冷却水在第二旁通流路13、加热器芯35、电池模块45以及逆变器模块46中循环的循环回路(高温冷却水循环回路)。
由此,利用冷却水冷却用热交换器30冷却至外部气体温度以下的低温冷却水在散热器14中流动,故而在散热器14中,冷却水从外部气体吸热。并且,利用散热器14从外部气体吸热后的冷却水利用冷却水冷却用热交换器30与制冷循环系统32的冷媒进行热交换并散热。因此,制冷循环系统32的冷媒利用冷却水冷却用热交换器30经由冷却水从外部气体吸热。
利用冷却水冷却用热交换器30从外部气体吸热后的冷媒利用冷却水加热用热交换器31与冷却水进行热交换,加热冷却水。利用冷却水加热用热交换器31加热后的高温冷却水在流过加热器芯35时与朝向车室内的送风空气进行热交换而散热。因此,利用加热器芯35加热朝向车室内的送风空气。因此,能够实现从外部气体吸热并对车室内供暖的热泵供暖。
另一方面,在从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力的情况下,如图15所示,三通阀15使入口15a与第二出口15c连通。由此,利用冷却水冷却用热交换器30冷却至外部气体温度以下的冷却水绕过散热器14流动,故而不利用散热器14从外部气体吸热。
因此,不实施从外部气体吸热的热泵供暖,而进行以被热交换设备45、46的废热作为吸热源的热泵供暖。另外,由于不利用散热器14从外部气体吸热,因此,与利用散热器14从外部气体吸热的外部气体吸热热泵供暖模式相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的热介质的温度,进而能够在制冷循环系统32的低压侧提高使冷媒蒸发的效率。
图17所示的第一除霜模式在有霜附着于散热器14的情况下实施。如上所述,在外部气体吸热热泵供暖模式下,利用冷却水冷却用热交换器30冷却至外部气体温度以下的冷却水在散热器14中流动。
因此,外部气体中的水分(相当于湿度)在与散热器14接触时形成低于凝固点的状态,在散热器14上结霜。若发生结霜,则散热器14中的热交换性能明显降低,因此,通过实施第一除霜模式来融化霜,进行除霜。
在第一除霜模式下,第一切换阀24使第一入口24a与出口24c、24e、24f连通,使第二入口24b与出口24d连通。第二切换阀47使第一出口47a与入口47c、47e、47f连通,使第二出口47b与入口47d连通。三通阀15使入口15a与第一出口15b连通。
由此,如图17的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,形成从冷却水冷却用热交换器30流出的低温冷却水在电池模块45、逆变器模块46以及散热器14中循环的循环回路(低温冷却水循环回路)、以及从冷却水加热用热交换器31流出的高温冷却水在第二旁通流路13中循环的循环回路(高温冷却水循环回路)。
这里,如上所述,电池模块45以及逆变器模块46能够用作蓄热体。因此,在外部气体吸热热泵供暖模式时,能够预先在电池模块45以及逆变器模块46中存储热能。
因此,在第一除霜模式下,当冷却水在作为蓄热体的电池模块45以及逆变器模块46中流动时,冷却水能够从蓄热体45、46吸热。
由此,从冷却水冷却用热交换器30流出的低温冷却水从蓄热体45、46吸热,故而能够使低温冷却水的温度上升。其结果,能够使流入到散热器14的冷却水的温度至少上升至0℃以上,使附着于散热器14的霜融化。
另外,伴随着低温冷却水温度的上升,流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度也上升,因此,制冷循环系统32的低压侧的冷媒蒸发温度上升,能够大幅提高制冷循环系统运转效率(COP)。
图18所示的第二除霜模式在要求比第一除霜模式高的除霜能力的情况下实施。
在第二除霜模式下,第一切换阀24使第一入口24a与出口24d连通,使第二入口24b与出口24c、24e、24f连通。第二切换阀47使第一出口47a与入口47d连通,使第二出口47b与入口47c、47e、47f连通。三通阀15使入口15a与第一出口15b连通。
由此,如图18的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,形成从冷却水冷却用热交换器30流出的低温冷却水在作为蓄热体的电池模块45以及逆变器模块46中循环的循环回路(低温冷却水循环回路)、以及从冷却水加热用热交换器31流出的高温冷却水在散热器14中循环的循环回路(高温冷却水循环回路)。
由此,利用从蓄热体45、46吸热的热泵运转使高温冷却水循环回路的高温冷却水升温,能够将该高温冷却水导入至散热器14。因此,与第一除霜模式相比,能够提高导入至散热器14的冷却水的温度,故而能够可靠地融化附着于散热器14的霜。
另外,由于利用来自蓄热体45、46的吸热使流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度上升,因此,制冷循环系统32的低压侧的冷媒蒸发温度上升,能够大幅提高制冷循环系统运转效率(COP)。
图19所示的蓄热体吸热热泵供暖模式在作为蓄热体的电池模块45以及逆变器模块46积蓄了所需足够的热能的状态的情况下实施。如上所述,向蓄热体45、46积蓄的蓄热可以在外部气体吸热热泵供暖模式时进行。另外,向蓄热体45、46进行的蓄热也可以在利用外部电源对电池451充电时进行。
在蓄热体吸热热泵供暖模式下,第一切换阀24使第一入口24a与出口24c、24e、24f连通,使第二入口24b与出口24d连通。第二切换阀47使第一出口47a与入口47c、47e、47f连通,使第二出口47b与入口47d连通。三通阀15使入口15a与第二出口15c连通。
由此,如图19的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,形成从冷却水冷却用热交换器30流出的低温冷却水绕过加热器14在作为蓄热体的电池模块45以及逆变器模块46中循环的循环回路(低温冷却水循环回路)、以及从冷却水加热用热交换器31流出的高温冷却水绕过散热器14在加热器芯35中循环的循环回路(高温冷却水循环回路)。
由此,能够利用从蓄热体45、46吸热的热泵运转对车室内供暖。
这里,在从散热器14吸热的外部气体吸热热泵供暖模式下,由于流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度在外部气体温度以下,因此,在较低的外部气体温度时(-10℃以下)的情况下,在制冷循环系统32的低压侧使冷媒蒸发的效率变差。
与此相对,在蓄热体吸热热泵供暖模式下,由于不从散热器14吸热,因此,与从散热器14吸热的外部气体吸热热泵供暖模式相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度。因此,在制冷循环系统32的低压侧使冷媒蒸发的效率大幅度提高,压缩机33的驱动动力减少,能够实现节能空气调节。
在本实施方式中,第一流通部15、16、17、18以使两个系统的冷却水中的一方的热介质选择性地在散热器用流路11或者第一旁通流路12中流通的方式切换冷却水的流动,第二流通部24、47以使两个系统的冷却水选择性地相对于第二流路组25、26、27、28流通的方式切换冷却水的流动。
并且,第一流通部15、16、17、18以及第二流通部24、47以构成第一循环回路和第二循环回路的方式切换冷却水的流动,在第一循环回路中,冷却水在第一流路组11、12、13、第二流路组25、26、27、28以及第一泵21之间循环,在第二循环回路中,冷却水在第一流路组11、12、13、第二流路组25、26、27、28以及第二泵23之间循环。
由此,能够将多条被热交换设备用流路27、28切换到第一泵21侧的第一循环回路或者第二泵23侧的第二循环回路,故而能够在多个被热交换设备中切换两个系统的冷却水而使其循环。
另外,由于能够相对于散热器用流路11切断冷却水的流通,因此能够切断散热器14中的与外部气体进行的热交换。
根据图14以及图15所示的废热回收供暖模式,在利用被加热器芯35加热后的送风空气对车室内供暖的情况下,多个被热交换设备45、46中的、冷却水出口(热介质出口)处的冷却水的温度为设定值以上的被热交换设备45、加热器芯35、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路,并且,多个被热交换设备45、46中的、冷却水出口处的冷却水的温度小于设定值的被热交换设备46、第一流路组11、12、13中的一方的旁通流路13以外的一条流路包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,使从多个被热交换设备45、46流出的冷却水中的温度比较高的冷却水向加热器芯35流通,使从多个被热交换设备45、46流出的冷却水中的温度比较低的冷却水不向加热器芯35流通,因此,在利用被热交换设备45、46的废热进行供暖的情况下,能够尽量提高加热器芯35的吹送空气温度。
根据图16所示的外部气体吸热热泵供暖模式,在从被热交换设备45、46回收的废热量不满足供暖能力的情况下,冷却水加热用热交换器31、加热器芯35、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路,并且,冷却水冷却用热交换器30与散热器用流路11包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,能够利用从外部气体吸热的热泵运转对车室内供暖。
另一方面,由于在从被热交换设备45、46回收的废热量满足供暖能力的情况下,实施图15所示的废热回收供暖模式,因此,冷却水加热用热交换器31、加热器芯35以及一方的旁通流路13包含于一方的循环回路,并且,多个被热交换设备45、46中的至少一个被热交换设备46、冷却水冷却用热交换器30、另一方的旁通流路12包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,能够利用多个被热交换设备45、46的废热对车室内供暖。另外,由于冷却水不在散热器用流路11以及散热器14中流动,因此,冷却水不利用散热器14从外部气体吸热。
因此,与冷却水利用散热器14从外部气体吸热的外部气体吸热热泵供暖模式相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度,因此,在制冷循环系统32的低压侧,能够提高使冷媒蒸发的效率。
在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力,在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
另外,在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力,在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
根据图17所示的第一除霜模式,在推断霜附着于散热器14的情况下,作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46、冷却水冷却用热交换器30、散热器用流路11包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路,并且,冷却水加热用热交换器31、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,能够通过从作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46吸热的热泵运转,使导入到散热器14的冷却水升温,融化附着于散热器14的霜。
根据图18所示的第二除霜模式,在推断霜附着于散热器14的情况下,作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46、冷却水冷却用热交换器30、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路,并且,冷却水加热用热交换器31、散热器用流路11包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,能够通过从作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46吸热的热泵运转,使导入到散热器14的冷却水升温,融化附着于散热器14的霜。
在图19所示的蓄热体吸热热泵供暖模式中,在作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46的温度比规定温度高的情况下,以如下方式对冷却水的流动进行切换:作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46、冷却水冷却用热交换器30、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路12包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路,并且冷却水加热用热交换器31、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的另一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路。
由此,能够通过从作为蓄热体而构成的被热交换设备45、46吸热的热泵运转对车室内供暖。
需要说明的是,如利用图8说明那样,第一切换阀24能够根据阀芯242的旋转位置使从第一入口24a流入的冷却水与从第二入口24b流入的冷却水在连通流路241c中混合,而从出口24c流出。
即,第一切换阀24的四条连通流路241c、241d、241e、241f构成将从第一入口24a流入的冷却水与从第二入口24b流入的冷却水混合的混合空间。
同样,第二切换阀47能够根据阀芯472的旋转位置,利用四条连通流路471c、471d、471e、471f将从入口47c、47d、47e、47f流入的冷却水分配为从第一出口47a流出的冷却水与从第二出口47b流出的冷却水。
即,第二切换阀47的四条连通流路471c、471d、471e、471f构成将从入口47c、47d、47e、47f流入的冷却水分配为从第一出口47a流出的冷却水与从第二出口47b流出的冷却水的分配空间。
因此,例如,只要根据作为被热交换设备的电池模块45以及逆变器模块46所需的冷却水的温度对第一切换阀24的阀芯242进行旋转操作,调整从第一入口24a流入的冷却水与从第二入口24b流入的冷却水的混合比,并根据该混合比对第二切换阀47的阀芯472进行旋转操作,调整从第一出口47a流出的冷却水与从第二出口47b流出的冷却水的分配比,则能够根据电池模块45以及逆变器模块46的温度要求混合高温冷却水以及低温冷却水,生成中温的冷却水。
(第二实施方式)
在所述第一实施方式中,电池模块45使电池451与冷却水直接热交换,但在本第二实施方式中,如图20所示,电池模块60经由送风空气使电池601与冷却水热交换。
电池模块60具有收纳电池601的外壳602。外壳602形成供从送风机603输送的送风空气流动的空气通路。在外壳602形成有导入车室内空气(以下,称作内部气体。)的内部气体导入口602a。
电池601配置在外壳602的内部的一端侧。内部气体导入口602a形成在外壳602的内部的另一端侧。外壳602中的配置电池601的一端侧部位由隔热材料形成。由此,电池模块60具有在电池601中积蓄热能/冷能的保温构造。
送风机603配置在内部气体导入口602a的附近。当送风机603动作时,从内部气体导入口602a导入内部气体,向外壳602的内部的空气通路送风。
在外壳602的内部形成有分隔板602d,该分隔板602d将从内部气体导入口602a到电池601的空间分隔为两条空气通路602b、602c。
在电池601的内部形成有供空气流动的空气通路(未图示)。电池601通过与在其内部流动的空气进行热交换而被冷却或者加热。电池601内部的空气通路与外壳602的内部的两条空气通路602b、602c连通。
在外壳602上形成有将流过空气通路602b、602c的空气排出的两条空气排出口602e、602f。一方的空气排出口602e与一方的空气通路602b连通。另一方的空气排出口602f与另一方的空气通路602c连通。
在另一方的空气通路602c中配置有电池用热交换器604。电池用热交换器604使送风空气与冷却水进行热交换。
在外壳602中的电池用热交换器604的附近部位,形成有将送风空气通过电池用热交换器604时产生的冷凝水排出的排水管602g。
在外壳602的内部配置有三个风路切换门605、606、607。三个风路切换门605、606、607构成切换空气通路602b、602c中的空气的流动的空气流切换装置。
第一风路切换门605使内部气体导入口602a与空气通路602b、602c切换连通。第二风路切换门606使一方的空气排出口602e开闭。第三风路切换门607使另一方的空气排出口602f开闭。
对三个风路切换门605、606、607进行旋转驱动的电动致动器的动作由控制装置50控制。
通过三个风路切换门605、606、607的旋转操作将电池模块60在保温模式、蓄热模式、蓄冷模式以及蓄冷能回收模式这四个模式之间切换。
在保温模式下,通过将三个风路切换门605、606、607旋转操作到图21的位置,由此将内部气体导入口602a以及空气排出口602e、602f全部关闭。
由此,在外壳602的内部的空气通路中,内部气体以及外部气体这两方的流通被切断。由此,电池601积蓄自身产生的热量。需要说明的是,为了在保温模式下使电池601高效地蓄热,优选还切断冷却水相对于电池用热交换器604的流通。
蓄热模式主要在冬季的外部气体温度低时(低外部气体温度时)实施。在蓄热模式下,如图22所示,第一风路切换门605使内部气体导入口602a与空气通路602c连通,第二风路切换门606打开一方的空气排出口602e,第三风路切换门607关闭另一方的空气排出口602f。
由此,从内部气体导入口602a导入的内部气体在空气通路602c中流动,依次流过电池用热交换器604以及电池601之后在空气通路602b中流动,从一方的空气排出口602d排出。
此时,使利用冷却水加热用热交换器31以及逆变器模块46的至少一方加热后的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,利用电池用热交换器604加热后的内部气体在电池601中流动,故而在电池601中积蓄热能。
蓄冷模式主要在夏季的外部气体温度高时(高外部气体温度时)实施。在蓄冷模式下,与图22所示的蓄热模式相同地对三个风路切换门605、606、607积蓄旋转操作。
由此,从内部气体导入口602a导入的内部气体在空气通路602c中流动,依次流过电池用热交换器604以及电池601后在空气通路602b中流动,从一方的空气排出口602d排出。
此时,使利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,利用电池用热交换器604冷却后的内部气体在电池601中流动,故而在电池601中积蓄冷能。
蓄冷能回收模式在实施蓄热模式或者蓄冷模式之后、即在电池601中积蓄有热能或者冷能的情况下实施。在蓄冷能回收模式下,如图23所示,第一风路切换门605使内部气体导入口602a与空气通路602b连通,第二风路切换门606关闭一方的空气排出口602e,第三风路切换门607打开另一方的空气排出口602f。
由此,从内部气体导入口602a导入的内部气体在空气通路602b中流动,依次流过电池601以及电池用热交换器604之后在空气通路602b中流动,从另一方的空气排出口602e排出。
此时,在电池601中积蓄有热能的情况下,使利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,利用电池601加热后的内部气体在电池用热交换器604中流动,故而能够将积蓄于电池601的热能回收到冷却水中。
另一方面,在电池601积蓄有冷能的情况下,使利用冷却水加热用热交换器31以及逆变器模块46的至少一方被加热后的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,利用电池601冷却后的内部气体在电池用热交换器604中流动,故而能够将积蓄于电池601的冷能回收到冷却水中。
如图24、图25所示,电池模块60配置在车辆后部的行李箱中。
图24、图25示出从为了进行换气而自车室内向车外排出的空气回收热能以及冷能的换气损失回收模式的动作。具体而言,图24示出换气损失回收模式的第一导风路模式图案(第一空气流状态),图25示出换气损失回收模式的第二导风路模式图案(第二空气流状态)。
图24所示的第一导风路模式图案是在冬季供暖使用时且车室内温度比电池温度高的情况(车室内温度>电池温度)下、或者夏季制冷使用时且车室内温度比电池温度低的情况(车室内温度<电池温度)下的车室内空气的流动的模式图案(pattern),通过将电池模块60切换到蓄热模式或者蓄冷模式而实现。
在冬季供暖使用时的情况下,使比车室内空气温度低的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,在冬季,电池601的温度比车室内空气温度低的情况下,车室内空气在利用电池用热交换器604向冷却水回收热能之后通过电池601,向外部气体排出。因此,能够使来自车室内空气的吸热量达到最大限度。
另一方面,在夏季制冷使用时的情况下,使比车室内空气温度高的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,在夏季,电池601的温度比车室内空气温度高的情况下,车室内空气在利用电池用热交换器604对冷却水进行冷却之后通过电池601,向外部气体排出。因此,能够使利用车室内空气进行的冷却水冷却达到最大限度。
图25所示的第二导风路模式图案是在冬季供暖使用时且车室内温度比电池温度低的情况(车室内温度<电池温度)下、或者夏季制冷使用时且车室内温度比电池温度高的情况(车室内温度>电池温度)下的车室内空气的流动的模式图案,通过将电池模块60切换到蓄冷能回收模式而实现。
在冬季供暖使用时的情况下,使比车室内空气温度低的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,在冬季,电池601的温度比车室内空气温度高的情况下,车室内空气在通过电池601而回收积蓄于电池601的热能之后通过电池用热交换器604,将热能回收到冷却水中,向外部气体排出。因此,除了来自车室内空气的吸热量之外,还能够使电池601的剩余热量的吸热量达到最大限度。
另一方面,在夏季制冷使用时的情况下,使比车室内空气温度高的冷却水在电池用热交换器604中流通。由此,在夏季,电池601的温度比车室内空气温度低的情况下,车室内空气在通过电池601并利用积蓄于电池601的冷能被冷却之后通过电池用热交换器604,对冷却水进行冷却,向外部气体排出。因此,除了利用车室内空气进行的冷却水冷却之外,能够使利用电池601进行的冷却水冷却达到最大限度。
这样,在换气损失回收模式的第一导风路模式图案以及第二导风路模式图案中,由于能够将为了进行换气而向车室外废弃的内部气体所具有的冷热能回收到冷却水中,因此能够进行高效的热量管理。
根据本实施方式,在使热能从空气移动到冷却水中的情况下,在电池601的温度比空气的温度高的情况下,三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第二导风路模式图案,在电池601的温度比空气的温度低的情况下,三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第一导风路模式图案。
另外,在使冷能从空气移动到冷却水的情况下,在电池601的温度比空气的温度高的情况下,三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第一导风路模式图案,在电池601的温度比空气的温度低的情况下,三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第二导风路模式图案。
由此,能够从自车室内向车外排出的空气回收热能以及冷能。
根据本实施方式,在使热能从空气移动到冷却水的情况下,在电池601的温度比空气的温度高的情况下,利用三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第二导风路模式图案,在电池601的温度比空气的温度低的情况下,利用三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第一导风路模式图案。
另外,在使冷能从空气移动到冷却水的情况下,在电池601的温度比空气的温度高的情况下,利用三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第一导风路模式图案,在电池601的温度比空气的温度低的情况下,利用三个风路切换门605、606、607将空气的流动切换为第二导风路模式图案。
由此,能够从自车室内向车外排出的空气回收热能以及冷能。
(第三实施方式)
在本第三实施方式中,如图26所示,相对于所述第二实施方式追加了冷却水冷媒热交换器61。
冷却水冷媒热交换器61是使从电池用热交换器604流出的冷却水(热介质)与从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒进行热交换的热交换器(热介质冷媒热交换器)。
具体而言,冷却水冷媒热交换器61在第三并联流路27中配置在电池用热交换器604的下游侧,在制冷循环系统32中配置在冷却水加热用热交换器31的下游侧。即,冷却水冷媒热交换器61以及电池用热交换器604以串联的方式配置在第三并联流路27中。
在冷却水加热用热交换器31与冷却水冷媒热交换器61之间配置有电气式膨胀阀62。电气式膨胀阀62的开度由控制装置50控制。
制冷循环系统32具有旁通流路63与三通阀64。旁通流路63是使从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒绕过电气式膨胀阀62以及冷却水冷媒热交换器61流动的流路。三通阀64是在从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒在电气式膨胀阀62以及冷却水冷媒热交换器61中流动的情况与在旁通流路63中流动的情况之间进行切换的切换装置。
换气损失回收模式通过改变电气式膨胀阀62的开度而切换为辅助冷却模式、中间压力模式、吸热源模式这三个模式。
辅助冷却模式是在夏季制冷模式的情况下实施的模式。在辅助冷却模式下,如图26的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,由散热器14、冷却水加热用热交换器31以及加热器芯35构成高温冷却水回路,由冷却水冷却用热交换器30、电池用热交换器604、冷却水冷媒热交换器61以及逆变器模块46构成低温冷却水回路。
另外,在辅助冷却模式下,电气式膨胀阀62的开度为全开。图27是辅助冷却模式下的制冷循环系统32的莫里尔图。
在制冷循环系统32中,从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒不利用电气式膨胀阀62减压地在冷却水冷媒热交换器61中流动。此时,在冷却水回路中,从利用电池用热交换器604进行换气的内部气体吸收冷能后的冷却水在冷却水冷媒热交换器61中流动。
因此,能够利用从被换气的内部气体回收的冷能将利用冷却水加热用热交换器31冷凝后的液相冷媒进一步冷却,提高冷媒的过冷却度。因此,能够提高制冷循环系统32的运转效率,减少压缩机33的消耗动力。
中间压力模式是在冬季供暖模式的情况下实施的模式。在中间压力模式下,如图28的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,由散热器14、冷却水冷却用热交换器30、电池用热交换器604、冷却水冷媒热交换器61以及逆变器模块46构成低温冷却水回路,由冷却水加热用热交换器31以及加热器芯35构成高温冷却水回路。
另外,在中间压力模式下,电气式膨胀阀62的开度减小至规定的开度。图29是中间压力模式下的制冷循环系统32的莫里尔图。
在制冷循环系统32中,从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒在利用电气式膨胀阀62减压之后流过冷却水冷媒热交换器61,与冷却水进行热交换,在进一步利用膨胀阀34减压后流过冷却水冷却用热交换器30,与冷却水进行热交换。
由于与在冷却水冷媒热交换器61中流动的冷却水利用电池用热交换器604被加热相对地,在冷却水冷却用热交换器30中流动的冷却水不利用电池用热交换器604被加热,因此,在冷却水冷却用热交换器30中,冷却水的温度较低,但由于将从冷却水冷却用热交换器30流出的冷媒在利用膨胀阀34减压的基础上导入到冷却水冷却用热交换器30,因此,在冷却水冷却用热交换器30中,也能够使冷媒与冷却水进行热交换。
因此,能够实现从外部气体吸热并对车室内供暖的热泵供暖。此外,能够将从内部气体回收的热能作为热泵循环的吸热源。
在中间压力模式下,与来自温度带较低(难以吸热)的冷却水冷却用热交换器30的吸热量减少相应地,制冷循环系统32(热泵循环系统)的效率提高,从而部分回收在换气时废弃的能量。
吸热源模式是在冬季供暖模式的情况下且能够利用从内部气体回收的热能以及从被热交换设备回收的废热确保供暖能力的情况(即不需要来自外部气体的吸热的情况)下实施的模式。
在吸热源模式下,如图30或者图31的实线箭头以及点划线箭头所示,形成两条冷却水循环回路(第一循环回路以及第二循环回路)。
具体而言,由冷却水冷却用热交换器30、电池用热交换器604、冷却水冷媒热交换器61以及逆变器模块46构成低温冷却水回路,由冷却水加热用热交换器31以及加热器芯35构成高温冷却水回路。
需要说明的是,与在图30中第一泵21构成高温冷却水回路而第二泵23构成低温冷却水回路相对地,在图31中仅第一泵21构成低温冷却水回路而第二泵23构成高温冷却水回路这一点不同,图30以及图31示出实际上相同的冷却水回路。
在吸热源模式下,电气式膨胀阀62的开度减小为规定开度,膨胀阀34的开度为全开。图32是吸热源模式下的制冷循环系统32的莫里尔图。
在制冷循环系统32中,从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒在利用电气式膨胀阀62减压之后流过冷却水冷媒热交换器61,与冷却水进行热交换,不进一步被膨胀阀34减压,而流过冷却水冷却用热交换器30,与冷却水进行热交换。
此时,在冷却水回路中,利用电池用热交换器604从被换气的内部气体回收热能后的冷却水在冷却水冷媒热交换器61中流动。因此,能够将从被换气的内部气体回收的热能作为热泵循环的吸热源。
此外,在吸热源模式下,由于冷却水不在散热器14中流通,因此不从散热器14吸热。因此,与从散热器14吸热的情况相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度,故而在制冷循环系统32的低压侧使冷媒蒸发的效率大幅提高,压缩机33的驱动动力减少,能够实现节能空气调节。需要说明的是,图32的虚线示出从散热器14吸热的情况下的制冷循环系统32的莫里尔图。
这里,由于在流过冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度比从电池用热交换器604流出的冷却水的温度低的情况下,热量从冷媒侧向冷却水侧移动,因此会浪费已回收的能量。在这方面,在吸热源模式下,由于使在冷却水冷却用热交换器30中流动的冷却水的温度与从电池用热交换器604流出的冷却水的温度同等,因此,能够避免热量从冷媒侧移动到冷却水侧,能够避免浪费已回收的能量。
在图27所示的辅助冷却模式下,在利用被蒸发器37冷却后的送风空气对车室内进行制冷的情况下,冷却水冷媒热交换器61与电池用热交换器604包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路。
由此,能够利用从自车室内向车外排出的空气回收的冷能对从冷却水加热用热交换器31流出的高压冷媒进行过冷却。因此,能够提高制冷循环系统32的效率。
如图29、图32所示,在本实施方式中,在制冷循环系统32中,在冷却水加热用热交换器31与冷却水冷媒热交换器61之间,配置有使从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒减压膨胀的膨胀阀62。
由此,能够将冷却水冷媒热交换器61用作制冷循环系统32的中间压力热交换器或者低压侧热交换器,故而能够利用冷却水冷媒热交换器61使冷媒吸收利用电池用热交换器604从自车室内向车外排出的空气回收的热能。
根据图29所示的中间压力模式,在利用被加热器芯35加热后的送风空气对车室内供暖的情况下,电池用热交换器604、冷却水冷媒热交换器61与冷却水冷却用热交换器30包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路。此时,膨胀阀62以下述方式使从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒减压膨胀:使得冷却水冷媒热交换器61中的冷媒压力是冷却水加热用热交换器31中的冷媒压力与冷却水冷却用热交换器30中的冷媒压力之间的压力,且冷却水冷媒热交换器61中的冷媒的蒸发温度比在冷却水冷媒热交换器61中流通的冷却水的温度低。
因此,由于能够将冷却水冷媒热交换器61用作制冷循环系统32的中间压力热交换器,故而能够利用冷却水冷媒热交换器61使冷媒吸收利用电池用热交换器604从自车室内向车外排出的空气回收的热能,进而能够提高热泵运转的效率。
根据图29所示的中间压力模式,在利用被加热器芯35加热后的送风空气对车室内供暖的情况下,电池用热交换器604、冷却水冷媒热交换器61与冷却水冷却用热交换器30包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路。此时,膨胀阀62以下述方式使从冷却水加热用热交换器31流出的冷媒减压膨胀:使得冷却水冷媒热交换器61中的冷媒压力是冷却水加热用热交换器31中的冷媒压力与冷却水冷却用热交换器30中的冷媒压力之间的压力,且冷却水冷媒热交换器61中的冷媒的蒸发温度比在冷却水冷媒热交换器61中流通的冷却水的温度低。
因此,由于能够将冷却水冷媒热交换器61用作制冷循环系统32的中间压力热交换器,故而能够利用冷却水冷媒热交换器61使冷媒吸收利用电池用热交换器604从自车室内向车外排出的空气回收的热能,进而能够提高热泵运转的效率。
(第四实施方式)
在所述第二实施方式中,在电池模块60的外壳602的内部形成有供送风空气以U形弯的方式流动的空气通路,但在本第四实施方式中,如图33所示,在电池模块65的外壳652的内部形成有供送风空气直线流动的空气通路。
电池模块65的外壳652形成供从送风机653输送的送风空气流动的空气通路。在外壳652上形成有将内部气体导入的内部气体导入口652a、652b。
电池651配置在外壳652的内部的大致中央部。内部气体导入口652a、652b形成在外壳652的两端部。外壳652中的配置有电池651的大致中央部位由隔热材料形成。由此,电池模块65具有能够在电池651中积蓄热能/冷能的保温构造。
送风机653在外壳652的内部配置于比电池651靠近内部气体导入口652a或者内部气体导入口652b的位置(在图33中是左侧,换句话说是内部气体导入口652a侧)。送风机653能够进行从一方的内部气体导入口652a侧向另一方的内部气体导入口652b侧送风的情况以及向其反方向送风的情况这两种动作。
在电池651的内部形成有供空气流动的空气通路(未图示)。电池651通过与在其内部流动的空气进行热交换而被冷却或者加热。电池651内部的空气通路从一方的内部气体导入口652a侧朝向另一方的内部气体导入口652b侧延伸。
在外壳652上形成有用于排出外部气体的两个空气排出口652c、652d。一方的空气排出口652c与一方的内部气体导入口652a相邻,另一方的空气排出口652d与另一方的内部气体导入口652b相邻。
在外壳652的内部,在电池651与送风机653之间配置有电池用热交换器654。电池用热交换器654使送风空气与冷却水进行热交换。
在外壳652的内部配置有两个风路切换门655、656。第一风路切换门655是切换开闭内部气体导入口652a与空气排出口652c的V字状的门。第二风路切换门656是切换开闭内部气体导入口652b与空气排出口652d的V字状的门。
对两个风路切换门655、656进行旋转驱动的电动致动器的动作由控制装置50控制。
通过两个风路切换门655、656的旋转操作,将电池模块65切换为保温模式、蓄热模式、蓄冷模式以及蓄冷能回收模式这四个模式。
在保温模式下,通过将两个风路切换门655、656旋转操作至图33的位置,由此将内部气体导入口652a、652b以及空气排出口652c、652d全部关闭。
由此,在外壳652的内部的空气通路中,内部气体以及外部气体这两方的流通被切断。由此,在电池651中积蓄自身产生的热量。需要说明的是,在保温模式下,为了在电池651中高效地蓄热,优选还切断冷却水相对于电池用热交换器654的流通。
蓄热模式主要在冬季这样的外部气体温度低时(低外部气体温度时)实施。在蓄热模式下,如图34所示,第一风路切换门655打开内部气体导入口652a,关闭空气排出口652c,第二风路切换门656关闭内部气体导入口652b,打开空气排出口652d。送风机653从一方的内部气体导入口652a侧朝向另一方的内部气体导入口652b侧送风。
由此,从内部气体导入口652a导入的内部气体在外壳652内依次流过电池用热交换器654、电池651之后,从空气排出口652d排出。
此时,使利用冷却水加热用热交换器31以及逆变器模块46的至少一方加热后的冷却水在电池用热交换器654中流通。由此,利用电池用热交换器654加热后的内部气体在电池651中流动,故而在电池651中积蓄热能。
蓄冷模式主要在夏季这样的外部气体温度高时(高外部气体温度时)实施。在蓄冷模式下,与图34所示的蓄热模式相同地对两个风路切换门655、656进行旋转操作,与图34所示的蓄热模式相同地使送风机653动作。
由此,从内部气体导入口652a导入的内部气体依次流过电池用热交换器654以及电池651之后,从空气排出口652d排出。
此时,使利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水在电池用热交换器654中流通。由此,利用电池用热交换器654冷却后的内部气体在电池651中流动,故而在电池651中积蓄冷能。
蓄冷能回收模式在实施蓄热模式或者蓄冷模式之后、即在电池651中积蓄有热能或者冷能的情况下实施。
在蓄冷能回收模式下,如图35所示,第一风路切换门655关闭内部气体导入口652a,打开空气排出口652c,第二风路切换门656打开内部气体导入口652b,关闭空气排出口652d。送风机653与图34所示的蓄热模式/蓄冷模式相反地从另一方的内部气体导入口652b侧朝向一方的内部气体导入口652a侧送风。
由此,从内部气体导入口652b导入的内部气体在依次流过电池651以及电池用热交换器654之后,从空气排出口652c排出。
此时,在电池651中积蓄有热能的情况下,使利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水在电池用热交换器654中流通。由此,利用电池651加热后的内部气体在电池用热交换器654中流动,故而能够将积蓄于电池651中的热能回收到冷却水中。
另一方面,在电池651中积蓄有冷能的情况下,使利用冷却水加热用热交换器31以及逆变器模块46的至少一方加热后的冷却水在电池用热交换器654中流通。由此,利用电池651冷却后的内部气体在电池用热交换器654中流动,故而能够使积蓄于电池651中的冷能回收到冷却水中。
根据本实施方式,能够获得与所述第二实施方式相同的作用效果。
(第五实施方式)
在所述第四实施方式中,电池模块65具有两个内部气体导入口652a、652b、两个空气排出口652c、652d以及两个风路切换门655、656,但在本第五实施方式中,如图36所示,电池模块68具有一个内部气体导入口682a以及一个空气排出口682b,不具有风路切换门。
电池模块68的外壳682形成供从送风机683输送的送风空气流动的空气通路682c。在外壳682上形成有用于导入内部气体的内部气体导入口682a。
电池681配置在外壳682的内部的大致中央部。内部气体导入口682a形成于外壳682的一端部(在图36中是左端部)。在外壳682的另一端部(在图36中是右端部)形成有将在空气通路682c中流动的空气排出的空气排出口682b。
送风机683在外壳682的内部配置于比电池681靠近内部气体导入口682a或者空气排出口682b的位置(在图36中是左端侧,换句话说是内部气体导入口682a侧)。送风机683朝向空气排出口682b侧输送从内部气体导入口682a导入的内部气体。
在电池681的内部形成有供空气流动的空气通路(未图示)。电池681通过与在其内部流动的空气进行热交换而被冷却或者加热。电池681内部的空气通路从内部气体导入口652a侧朝向空气排出口682b侧延伸。
在外壳682的内部,在电池681与送风机683之间配置有电池用热交换器684。电池用热交换器684使送风空气与冷却水进行热交换。
在所述结构中,若以使利用冷却水冷却用热交换器30冷却后的冷却水在电池用热交换器654中流通的方式切换第一切换阀24以及第二切换阀47,则在电池用热交换器654中,能够使热能从向外部气体排出的车室内空气向冷却水移动。
另外,若以使利用冷却水加热用热交换器31以及逆变器模块46的至少一方加热后的冷却水在电池用热交换器684中流通的方式切换第一切换阀24以及第二切换阀47,则能够使冷能从向外部气体排出的车室内空气向热介质移动。
即,在本实施方式中,在使热能从空气向冷却水移动的情况下,电池用热交换器684与冷却水冷却用热交换器30包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路中。另外,在使冷能从空气向冷却水移动的情况下,电池用热交换器684与冷却水加热用热交换器31包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路中。
由此,能够从自车室内向车外排出的空气吸收热能以及冷能。
另外,在电池681的温度为规定值以下(例如0℃以下)的情况下,若以形成下述的两条循环回路的方式切换第一切换阀24以及第二切换阀47,则能够使冷却到规定值以下的电池601变热。
即,若形成冷却水在冷却水冷却用热交换器30、多个被热交换设备中的电池用热交换器684以外的被热交换设备(在本实施方式中是逆变器模块46)、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路或者散热器用流路11之间循环的循环回路,并且,形成冷却水在电池用热交换器684、冷却水加热用热交换器31、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的另一方的旁通流路之间循环的循环回路,则能够使冷却至规定值以下的温度的电池601变热。
(第六实施方式)
在所述各实施方式中,第一泵21以及第二泵23配置在第一切换阀24的上游侧,但也可以如图37所示,第一泵21以及第二泵23配置在第二切换阀47的下游侧。
另外,在所述各实施方式中,在散热器用流路11以及第一旁通流路12的上游侧配置有三通阀15,在散热器用流路11以及第一旁通流路12的下游侧配置有合流流路17,但也可以如图37所示,在散热器用流路11以及第一旁通流路12的上游侧配置分支流路70,在散热器用流路11以及第一旁通流路12的下游侧配置三通阀71。
分支流路70、第一连通流路16、三通阀71以及第二连通流路18构成使两个系统的冷却水相对于散热器用流路11、第一旁通流路12以及第二旁通流路13(第一流路组)流通的第一流通部。
(第七实施方式)
在所述各实施方式中,制冷循环系统32的高压侧热交换器由利用冷却水对高压冷媒进行冷却的冷却水加热用热交换器31构成,但在本第七实施方式中,如图38所示,制冷循环系统32的高压侧热交换器由利用空气对高压冷媒进行冷却的室内冷凝器75以及室外冷凝器76构成。
室内冷凝器75是使从压缩机33排出的高温冷媒与朝向车室内的送风空气进行热交换而加热送风空气的加热用热交换器。虽省略图示,但室内冷凝器75在室内空气调节单元的外壳的内部配置于制冷循环系统32的蒸发器37的空气流下游侧。
室外冷凝器76通过使制冷循环系统32的高压冷媒与外部气体进行热交换而冷却高压冷媒。在制冷循环系统32中,在室内冷凝器75与室外冷凝器76之间配置有使向室外冷凝器76流入的冷媒减压的减压阀77。
需要说明的是,在图38的例子中,在制冷循环系统32中,在蒸发器37与压缩机33之间连接有储存器78,该储存器78使从蒸发器37流出的冷媒的气液分离并积蓄剩余液相冷媒。
(第八实施方式)
在所述第二~第五实施方式中,回收从车室内向车外排出的空气所具有的热量,但在本第八实施方式中,如图39所示,还回收发动机的废气所具有的热量。
电池模块80具有空冷式的电池801、送风机802以及外壳803。
在电池801的内部形成有供空气流动的空气通路(未图示)。送风机802朝向电池801输送车室内的空气(内部气体)。外壳803形成供空气流动的空气通路。在外壳803的空气通路中配置有电池801以及送风机802。
在外壳803的空气流下游侧配置有导风路81。导风路81与供发动机82的废气流动的排气管83连接,通过电池801后的送风空气在导风路81中流动,由此送风空气被废气所具有的热量加热。
在导风路81的空气流下游侧配置有显热回收器84。显热回收器84是使通过导风路81后的送风空气(内部气体)与从车室外导入的空气(外部气体)进行热交换的空气-空气热交换器。通过显热回收器84后的内部气体(通过电池801以及导风路81后的送风空气)向车室外排出。通过显热回收器84后的外部气体通过加热器芯85。加热器芯85使通过显热回收器84后的外部气体与发动机冷却水进行热交换,对通过显热回收器84后的外部气体进行加热。利用加热器芯85加热后的外部气体向车室86内吹出。
由此,能够回收在换气时废弃的热量,能够提高供暖能力,并且能够减少用于车室内供暖的消耗动力。另外,由于还能够回收排气热量,因此,能够进一步提高供暖能力,并且能够进一步减少用于车室内供暖的消耗动力。
如图40所示,也可以设置检测通过电池801后的送风空气的温度的温度传感器87,根据温度传感器87检测到的空气温度在使通过电池801后的送风空气向导风路81流动的情况、使通过电池801后的送风空气绕过导风路81而向显热回收器84流动的情况、以及使通过电池801后的送风空气绕过导风路81而向车外排出的情况之间进行切换。
由此,能够根据通过电池801后的送风空气的温度在回收排气热量的排气热量回收模式与不回收排气热量的排气热量非被回收模式之间进行切换。例如,在夏季,只要切换到排气热量非被回收模式,使通过电池801后的送风空气绕过导风路81而向显热回收器84流动,或使通过电池801后的送风空气绕过导风路81而向车外排出即可。
(第九实施方式)
在所述实施方式中,作为冷却水(热介质),使用至少含有乙二醇或者二甲聚硅氧烷的液体,也可以使用纳米流体作为冷却水。
纳米流体指的是混入有粒径为纳米级的纳米粒子的流体。通过使纳米粒子混入冷却水中,在如使用乙二醇的冷却水(所谓的防冻液)那样使凝固点降低的作用效果的基础上,还能够获得以下作用效果。
即,能够获得提高特定的温度带中的导热率的作用效果、增加冷却水的热容量的作用效果、金属配管的防腐蚀效果和防止橡胶配管的劣化的作用效果、以及提高极低温下的冷却水的流动性的作用效果。
这样的作用效果根据纳米粒子的粒子结构、粒子形状、配合比率、添加物质不同而产生各种变化。
由此,能够提高导热率,故而与不添加纳米粒子的冷却水比较,即便是少量的冷却水也能够获得同等的冷却效率。
另外,由于能够增加冷却水的热容量,因此,能够增加冷却水本身的蓄冷能量(基于显热的蓄冷能)。
为了获得足够的导热率,优选纳米粒子的纵横比为50以上。需要说明的是,纵横比是表示纳米粒子的纵×横的比率的形状指标。
即,如图41的测定结果所示,若纳米粒子的纵横比为50~70左右,则与纳米粒子的纵横比为1(球体)的情况相比,能够获得高导热率。由于冷却水与其他流体之间的传热速率具有与导热率的2/3次方成比例的特性,因此,若纳米粒子的纵横比为50~70左右,则与纳米粒子的纵横比为1(球体)的情况相比,能够获得高传热速率。
通过提高冷却水的导热率,能够使第一泵21以及第二泵23小型化。以下,对其理由进行说明。热交换器内的传热速率具有与流速的0.8次方成比例的性质。该性质作为管内乱流的传热速率的实验方程(柯尔伯恩方程、第塔斯-波尔特方程)而被知晓。
若冷却水的导热率提高,则即便降低流速(换言之是流量),也能够确保与以往同等的传热速率。因此,使用排出流量较小的泵也能够确保与以往同等的传热速率。
若使用排出流量较小的泵,则能够将泵的消耗电力抑制为较低。因此,泵的电力控制元件的散热量也能够抑制为较低,故而能够使泵的散热片小型化,进而能够使泵的体积小型化。
作为纳米粒子,能够使用含有Au、Ag、Cu以及C中的任一种的粒子。具体而言,作为纳米粒子的构成原子,能够使用Au纳米粒子、Ag纳米线、CNT(碳纳米管)、石墨烯、石墨核壳型纳米粒子(碳纳米管等构造体以包围所述原子的方式存在的粒子体)、以及含有Au纳米粒子的CNT等。
如图42所示,碳纳米管88是管状的碳原子聚集体。如图43所示,石墨烯89是碳原子结合为六边形的网眼状的片状的碳原子聚集体,其厚度为一个碳原子的厚度。石墨是图43所示的石墨烯聚集为层状而成的结晶。
(第十实施方式)
在所述实施方式中,将电池模块45以及逆变器模块46用作蓄热体,但也可以将例如图44所示的电加热器内置箱体90以及图45所示的热交换器内置箱体91用作蓄热体。
电加热器内置箱体90具有与电池901连接的电加热器902、以及收纳电加热器902的箱体903。在箱体903上形成有冷却水的入口903a以及出口903b。
热交换器内置箱体91具有使两个系统的冷却水彼此进行热交换的冷却水冷却水热交换器911、以及收纳冷却水冷却水热交换器911的箱体912。在箱体903上形成有一方的系统的冷却水的入口912a以及出口912b。
在箱体903上形成有用于使另一方的系统的冷却水在冷却水冷却水热交换器911中流通的流路912c。流路912c配置在具有逆变器、马达等发热设备913以及使另一方的系统的冷却水循环的泵914的冷却水循环回路中。
另外,作为蓄热体,能够使用具有在保温箱体中收纳有发热体的结构的各种模块体。
(第十一实施方式)
在所述第一实施方式中,在第二并联流路26中的冷却水加热用热交换器31的下游侧配置有加热器芯35,但在本第十一实施方式中,如图46所示,也可以代替加热器芯35而配置冷却水冷却水热交换器99。
冷却水冷却水热交换器99是使在发动机冷却回路100(第二热介质循环回路)中循环的发动机冷却水(第二热介质)与利用第一泵21或者第二泵23而循环的冷却水进行热交换的热交换器(热介质热介质热交换器)。冷却水冷却水热交换器99是供冷却水流通的冷却水流通设备(热介质流通设备)。
发动机冷却回路100具有供发动机冷却水循环的循环流路101。在本实施方式中,作为发动机冷却水,使用至少含有乙二醇、二甲聚硅氧烷或纳米流体的液体或者防冻液。
在循环流路101中依次串联配置有发动机用泵102、发动机103、冷却水冷却水热交换器99以及加热器芯104。
发动机用泵102是吸入并排出发动机冷却水的电动泵。加热器芯104是使发动机冷却水与朝向车室内的送风空气进行热交换而加热朝向车室内的送风空气的加热用热交换器。
在循环流路101中的发动机103的冷却水出口侧的部位连接有发动机用散热器流路105的一端。发动机用散热器流路105的另一端与循环流路101中的发动机用泵102的吸入侧的部位连接。
在发动机用散热器流路105中配置有发动机用散热器106。发动机用散热器106是通过使冷却水与车室外空气(以下,称作外部气体)进行热交换而使冷却水的热量向外部气体释放的发动机用散热器(发动机用热介质外部气体热交换器)。
朝向发动机用散热器106的外部气体的送风由室外送风机(未图示)进行。发动机用散热器106在车辆的最前部配置于比散热器14靠外部气体流方向下游侧的位置。
在发动机用散热器流路105的另一端与循环流路101的连接部配置有恒温器107。恒温器107是由利用体积根据温度发生变化的热蜡(thermowax)(感温部件)使阀芯位移而开闭冷却水流路的机械机构构成的冷却水温度响应阀。
具体而言,恒温器107在冷却水的温度低于规定温度的情况(例如小于80℃)下关闭发动机用散热器流路105。另外,在冷却水的温度超过规定温度的情况(例如80℃以上)下打开发动机用散热器流路105。
封闭式的储水箱108与发动机用散热器流路105连接。储水箱108是贮存发动机冷却水的贮存部,并且还是将发动机冷却水的压力保持在适当范围的压力保持部。
通过封闭储水箱108,能够获得将发动机冷却水的压力保持在设定值以内的效果。储水箱108对混入发动机冷却水中的气泡进行气液分离。储水箱108相对于与发动机冷却水的温度变化相伴的膨胀收缩所导致的压力的异常上升/降低保持适当的压力。通过在储水箱108中贮存剩余发动机冷却水,能够抑制在发动机冷却回路60中循环的发动机冷却水的液量的降低。
在储水箱108与发动机用散热器流路105的连接部配置有加压阀109。加压阀109在发动机用散热器流路105的内部压力小于比大气压大的设定压力的情况下闭阀,在发动机用散热器流路105的内部压力为设定压力以上时开阀。因此,当发动机冷却回路100的内部压力达到设定压力以上时,发动机冷却回路100的发动机冷却水向储水箱108排出。
根据本实施方式,由于具备使利用第一泵21或者第二泵23而循环的冷却水与发动机冷却水进行热交换的冷却水冷却水热交换器99,因此,能够经由冷却水冷却水热交换器99在被热交换设备45、46等与发动机103之间交换热量。
具体而言,第一切换阀24以及第二切换阀47能够实施如下动作模式:使第一泵21以及第二泵23中的一方的泵侧的冷却水在冷却水冷却水热交换器99以及被热交换设备45、46中循环。由此,能够利用发动机103的废热对被热交换设备45、46进行加热,或能够利用被热交换设备45、46的废热对发动机103进行加热(暖机)。
在本实施方式中,第一切换阀24以及第二切换阀47能够实施如下动作模式:使第一泵21以及第二泵23中的一方的泵侧的冷却水在冷却水冷却用热交换器30以及散热器14中循环,并且使第一泵21以及第二泵23中的另一方的泵侧的冷却水在冷却水加热用热交换器31以及冷却水冷却水热交换器99中循环。
由此,冷却水通过散热器14吸收外部气体的热量,冷却水的热量通过冷却水冷却水热交换器99向发动机冷却水释放,故而能够吸取外部气体的热量而对发动机103进行加热(暖机)。
在本实施方式中,第一切换阀24以及第二切换阀47能够实施如下动作模式:使第一泵21以及第二泵23中的一方的泵侧的冷却水在散热器14以及冷却水冷却水热交换器99中循环。
由此,能够将发动机冷却水的热量经由冷却水供给至散热器14。因此,能够利用发动机103的废热使附着于散热器14的霜融化,或利用散热器14使发动机103的废热向外部气体释放。
在本实施方式中,第一切换阀24以及第二切换阀47能够实施如下动作模式:使第一泵21以及第二泵23中的一方的泵侧的冷却水在冷却水加热用热交换器31、冷却水冷却水热交换器99以及散热器14中循环。
由此,能够利用散热器14以及发动机用散热器106这两方使利用冷却水加热用热交换器31从高压侧冷媒向冷却水释放的热量向外部气体释放。
在本实施方式中,能够实施以所述第一实施方式说明的废热回收供暖模式(图14、图15)。根据废热回收供暖模式,在通过被加热器芯104加热后的送风空气对车室内供暖的情况下,多个被热交换设备45、46中的冷却水出口处的冷却水的温度在设定值以上的被热交换设备、冷却水冷却水热交换器99、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路中。此外,多个被热交换设备45、46中的、冷却水出口处的冷却水的温度小于设定值的被热交换设备、第一流路组11、12、13中的除一方的旁通流路13以外的一条流路包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路中。
由此,使从多个被热交换设备45、46流出的冷却水中的温度比较高的冷却水在冷却水冷却水热交换器99中流通。另一方面,不使从多个被热交换设备45、46流出的冷却水中的温度比较低的冷却水在冷却水冷却水热交换器99中流通,故而能够在利用被热交换设备45、46的废热进行供暖的情况下,尽量提高加热器芯104的吹送空气温度。
在本实施方式中,能够实施在第一实施方式中说明的外部气体吸热热泵供暖模式(图16)。根据外部气体吸热热泵供暖模式,在从被热交换设备45、46回收的废热量不满足供暖能力的情况下,冷却水加热用热交换器31、冷却水冷却水热交换器99、第一旁通流路12与第二旁通流路13中的一方的旁通流路13包含于第一循环回路与第二循环回路中的一方的循环回路中,并且,冷却水冷却用热交换器30与散热器用流路11包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路中。由此,能够通过从外部气体吸热的热泵运转对车室内供暖。
另一方面,在从被热交换设备45、46回收的废热量满足供暖能力的情况下,实施图15所示的废热回收供暖模式,因此,冷却水加热用热交换器31、冷却水冷却水热交换器99以及一方的旁通流路13包含于一方的循环回路中。此外,多个被热交换设备45、46中的至少一个被热交换设备46、冷却水冷却用热交换器30、另一方的旁通流路12包含于第一循环回路与第二循环回路中的另一方的循环回路中。
由此,能够利用多个被热交换设备45、46的废热对车室内供暖。另外,由于冷却水不在散热器用流路11以及散热器14中流动,因此,冷却水不利用散热器14从外部气体吸热。
因此,与冷却水利用散热器14从外部气体吸热的外部气体吸热热泵供暖模式相比,能够大幅提高流入到冷却水冷却用热交换器30的冷却水的温度,因此,在制冷循环系统32的低压侧,能够提高使冷媒蒸发的效率。
在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力。在推断从多个被热交换设备45、46向冷却水散热的散热量与制冷循环系统32的压缩机33的动力的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
另外,在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量不满足供暖能力。在推断多个被热交换设备45、46的发热量与冷却水加热用热交换器31的向冷却水散热的散热量的总和超过车室内的供暖所需的热量的情况下,能够判断为,从被热交换设备回收的废热量满足供暖能力。
(第十二实施方式)
在所述第十一实施方式中,冷却水冷却水热交换器99配置在第二并联流路26中的冷却水加热用热交换器31的下游,但在本第十二实施方式中,如图47所示,冷却水冷却水热交换器99配置于冷却水冷却水热交换器用流路110。
冷却水冷却水热交换器用流路110的一端与第二并联流路26中的冷却水加热用热交换器31与第二切换阀47之间连接,其另一端与第二切换阀47连接。换言之,冷却水冷却水热交换器用流路110的端部与第二并联流路26连接。
在本实施方式中,第二切换阀47能够使冷却水冷却水热交换器用流路110开闭。因此,能够在冷却水在冷却水冷却水热交换器99中流动的情况与不在冷却水冷却水热交换器99中流动的情况之间进行切换。
在本实施方式中,由于冷却水冷却水热交换器99的冷却水入口侧连接于冷却水加热用热交换器31与第二切换阀47之间,因此,无需在第一切换阀24上设置冷却水冷却水热交换器99用的端口,就能够使在冷却水加热用热交换器31中循环的冷却水在冷却水冷却水热交换器99中流通。因此,能够简化第一切换阀24的结构。
在本实施方式中,冷却水冷却水热交换器99的冷却水出口侧与第二切换阀47连接。由此,通过第二切换阀47断续地进行热介质相对于冷却水冷却水热交换器99的流通,能够断续地进行在冷却水加热用热交换器31中循环的冷却水相对于冷却水冷却水热交换器99的流通。
(其他实施方式)
所述实施方式能够适当地组合。例如能够如下所述地对所述实施方式进行各种变形。
作为被热交换设备,能够使用各种设备。例如,也可以将内置于供乘坐人员落座的座椅且利用冷却水对座椅进行冷却/加热的热交换器用作被热交换设备。被热交换设备的个数是多个(两个以上)即可,可以是任意个数。
在所述各实施方式中,也可以通过使冷却水间歇地在被热交换设备中循环来控制相对于被热交换设备的热交换能力。
在所述实施方式中,作为对冷却水进行冷却的冷却器,使用利用制冷循环系统22的低压冷媒对冷却水进行冷却的冷却水冷却用热交换器30,但也可以使用帕尔贴元件对冷却水进行冷却。
在所述各实施方式中,虽使用冷却水作为热介质,但也可以使用油等各种介质作为热介质。
在所述各实施方式的制冷循环系统32中,使用氟利昂类冷媒作为冷媒,但冷媒的种类不限定于此,也可以使用二氧化碳等自然冷媒、烃类冷媒等。
另外,所述各实施方式的制冷循环系统32构成高压侧冷媒压力不超过冷媒的临界压力的亚临界制冷循环系统,但高压侧冷媒压力也可以构成超过冷媒的临界压力的超临界制冷循环系统。
在所述各实施方式中,示出将本发明的车辆用冷却系统应用于混合动力机动车的例子,但也可以在不具备发动机而从行驶用电动马达获得车辆行驶用的驱动力的电动机动车中应用本发明。
Claims (33)
1.一种车辆用热量管理系统,具备:
散热器(14),其使热介质与外部气体进行热交换;
冷却器(30),其对所述热介质进行冷却;
加热器(31),其对所述热介质进行加热;
热介质流通设备(35、99),通过所述加热器(31)加热后的所述热介质在该热介质流通设备(35、99)中流通;以及
多个被热交换设备(45、46),其与所述热介质进行热交换,
所述车辆用热量管理系统的特征在于,具备:
第一流路组(11、12、13),其包括作为供所述热介质流动的流路且配置有所述散热器(14)的散热器用流路(11)、以及使所述热介质绕过所述散热器(14)流动的第一旁通流路(12)及第二旁通流路(13);
第二流路组(25、26、27、28),其包括作为供所述热介质流动的流路且配置有所述冷却器(30)的冷却豁用流路(25)、作为供所述热介质流动的流路且配置有所述加热器(31)的加热器用流路(26)、以及作为供所述热介质流动的流路且配置有所述多个被热交换设备(45、46)的多个被热交换设备用流路(27、28);
第一泵(21)以及第二泵(23),其以两个系统吸入并排出所述热介质;
第一流通部(15、16、17、18),其使所述第一泵(21)以及所述第二泵(23)排出的两个系统的热介质在所述第一流路组(11、12、13)中流通;以及
第二流通部(24、47),其使所述两个系统的热介质在所述第二流路组(25、26、27、28)中流通,
在所述加热器用流路(26)中配置有所述热介质流通设备(35、99),或者连接有配置有所述热介质流通设备(35、99)的流路(110)的端部,
所述第一流通部(15、16、17、18)以所述两个系统的热介质中的一方的热介质选择性地在所述散热器用流路(11)或者所述第一旁通流路(12)中流通的方式切换所述热介质的流动,
所述第二流通部(24、47)以所述两个系统的热介质选择性地在所述第二流路组(25、26、27、28)中流通的方式切换所述热介质的流动,
所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以构成第一循环回路以及第二循环回路的方式切换所述热介质的流动,在所述第一循环回路中,所述热介质在所述第二流路组(25、26、27、28)及所述第一泵(21)之间循环,在所述第二循环回路中,所述热介质在所述第一流路组(11、12、13)、所述第二流路组(25、26、27、28)及所述第二泵(23)之间循环。
2.根据权利要求1所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述热介质流通设备(35、99)是使通过所述加热器(31)加热后的所述热介质与朝向车室内的送风空气进行热交换而加热所述送风空气的加热用热交换器(35)。
3.根据权利要求1所述的车辆用热量管理系统,其中,具备:
第二热介质循环回路(100),其供第二热介质循环;以及
加热用热交换器(104),其使所述第二热介质与朝向车室内的送风空气进行热交换而加热所述送风空气,
所述热介质流通设备(35、99)中的热介质热介质热交换器(99)使通过所述加热器(31)加热后的所述热介质与所述第二热介质进行热交换。
4.根据权利要求2所述的车辆用热量管理系统,其中,
在由通过所述加热用热交换器(35)加热后的所述送风空气对车室内进行供暖的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述多个被热交换设备(45、46)中的热介质出口处的所述热介质的温度在设定值以上的被热交换设备、所述加热用热交换器(35)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且,所述多个被热交换设备(45、46)中的热介质出口处的所述热介质的温度小于所述设定值的被热交换设备、以及所述第一流路组(11、12、13)中的除所述一方的旁通流路以外的一个流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
5.根据权利要求3所述的车辆用热量管理系统,其中,
在由通过所述加热用热交换器(104)加热后的所述送风空气对车室内进行供暖的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述多个被热交换设备(45、46)中的热介质出口处的所述热介质的温度在设定值以上的被热交换设备、所述热介质热介质热交换器(99)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述多个被热交换设备(45、46)中的热介质出口处的所述热介质的温度小于所述设定值的被热交换设备、以及所述第一流路组(11、12、13)中的除所述一方的旁通流路以外的一个流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
6.根据权利要求2所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
在推断从所述多个被热交换设备(45、46)向所述热介质散热的散热量与所述制冷循环系统(32)的压缩机(33)的动力的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述加热用热交换器(35)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述冷却器(30)与所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中,
在推断所述总和超过所述热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述加热用热交换器(35)、以及所述一方的旁通流路包含于所述一方的循环回路中,并且所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个被热交换设备、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
7.根据权利要求3所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
在推断从所述多个被热交换设备(45、46)向所述热介质散热的散热量与所述制冷循环系统(32)的压缩机(33)的动力的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述热介质热介质热交换器(99)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述冷却器(30)与所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中,
在推断所述总和超过所述热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述热介质热介质热交换器(99)、以及所述一方的旁通流路包含于所述一方的循环回路中,并且所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个被热交换设备、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
8.根据权利要求2所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
在推断所述多个被热交换设备(45、46)的发热量与所述高压侧热交换器(31)中的向所述热介质散热的散热量的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述加热用热交换器(35)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述冷却器(30)与所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中,
在推断所述总和超过所述热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述加热用热交换器(35)、以及所述一方的旁通流路包含于所述一方的循环回路中,并且所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个被热交换设备、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
9.根据权利要求3所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
在推断所述多个被热交换设备(45、46)的发热量与所述高压侧热交换器(31)中的向所述热介质散热的散热量的总和不超过车室内的供暖所需的热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述热介质热介质热交换器(99)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述冷却器(30)与所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中,
在推断所述总和超过所述热量的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述加热器(31)、所述热介质热介质热交换器(99)、以及所述一方的旁通流路包含于所述一方的循环回路中,并且所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个被热交换设备、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
10.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个被热交换设备作为能够积蓄热能的蓄热体而构成,
在推断有霜附着于所述散热器(14)的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得作为所述蓄热体而构成的所述多个被热交换设备(45、46)、所述冷却器(30)、以及所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述加热器(31)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
11.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个作为能够积蓄热能的蓄热体而构成,
在推断有霜附着于所述散热器(14)的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得作为所述蓄热体而构成的被热交换设备(45、46)、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述加热器(31)、以及所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
12.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
所述多个被热交换设备(45、46)中的至少一个作为能够积蓄热能的蓄热体而构成,
在作为所述蓄热体而构成的被热交换设备(45、46)的温度比规定温度高的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得作为所述蓄热体而构成的被热交换设备(45、46)、所述冷却器(30)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述加热器(31)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
13.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,具备:
送风机(603),其输送车室内的空气;
外壳(602),其形成供所述空气流动的空气通路(602b、602c);以及
空气流切换装置(605、606、607),其切换所述空气通路(602b、602c)中的所述空气的流动,
所述多个被热交换设备(45、46)中的一个被热交换设备是用于使电池(601)与所述热介质经由空气进行热交换的电池用热交换器(604),
在所述空气通路(602b、602c)中配置有所述电池(601)与所述电池用热交换器(604),
在所述外壳(602)上形成有空气排出口(602e、602f),该空气排出口(602e、602f)用于将流过所述空气通路(602b、602c)的所述空气向车外排出,
所述空气流切换装置(605、606、607)能够切换为第一空气流状态和第二空气流状态,在所述第一空气流状态中,所述空气依次流过所述电池用热交换器(604)、所述电池(601)以及所述空气排出口(602e),在所述第二空气流状态中,所述空气依次流过所述电池(601)、所述电池用热交换器(604)以及所述空气排出口(602f),
在使热能从所述空气向所述热介质移动的情况下,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度高时,所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第二空气流状态,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度低时,所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第一空气流状态,
在使冷能从所述空气向所述热介质移动的情况下,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度高时,所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第一空气流状态,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度低时,所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第二空气流状态。
14.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,具备:
送风机(603),其输送车室内的空气;
外壳(602),其形成供所述空气流动的空气通路(602b、602c);以及
空气流切换装置(605、606、607),其切换所述空气通路(602b、602c)中的所述空气的流动,
所述多个被热交换设备(45、46)中的一个被热交换设备是用于使电池(601)与所述热介质经由空气进行热交换的电池用热交换器(604),
在所述空气通路(602b、602c)中配置有所述电池(601)与所述电池用热交换器(604),
在所述外壳(602)上形成有空气排出口(602e、602f),该空气排出口(602e、602f)用于将流过所述空气通路(602b、602c)的所述空气向车外排出,
所述空气流切换装置(605、606、607)能够切换为第一空气流状态以及第二空气流状态,在所述第一空气流状态中,所述空气依次流过所述电池用热交换器(604)、所述电池(601)以及所述空气排出口(602e),在所述第二空气流状态中,所述空气依次流过所述电池(601)、所述电池用热交换器(604)以及所述空气排出口(602f),
在使热能从所述空气向所述热介质移动的情况下,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度高时,利用所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第二空气流状态,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度低时,利用所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第一空气流状态,
在使冷能从所述空气向所述热介质移动的情况下,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度高时,利用所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第一空气流状态,在所述电池(601)的温度比所述空气的温度低时,利用所述空气流切换装置(605、606、607)将所述空气的流动切换为所述第二空气流状态。
15.根据权利要求1~3中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,具备:
送风机(683),其输送车室内的空气;以及
外壳(682),其形成供所述空气流动的空气通路(682c),
所述多个被热交换设备(45、46)中的一个被热交换设备是用于使电池(681)与所述热介质进行热交换的电池用热交换器(684),
在所述外壳(602)上形成有空气排出口(682b),该空气排出口(682b)用于将流过所述空气通路(682c)的所述空气向车外排出,
在所述空气通路(682c)中,所述电池用热交换器(684)与所述电池(681)以使所述空气依次流过所述电池用热交换器(684)与所述电池(681)的方式配置,
在使热能从所述空气向所述热介质移动的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述电池用热交换器(684)与所述冷却器(30)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,
在使冷能从所述空气向所述热介质移动的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述电池用热交换器(684)与所述加热器(31)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中。
16.根据权利要求15所述的车辆用热量管理系统,其中,
在所述电池(681)的温度为规定值以下的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述冷却器(30)、所述多个被热交换设备中的除所述电池用热交换器(684)以外的被热交换设备、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路或者所述散热器用流路(11)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,并且所述电池用热交换器(684)、所述加热器(31)、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的另一方的循环回路中。
17.根据权利要求16所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述规定值是0℃。
18.根据权利要求13所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,
所述车辆用热量管理系统还具备热介质冷媒热交换器(61),该热介质冷媒热交换器(61)使在所述多个被热交换设备用流路(27、28)中的一个被热交换设备用流路(27、28)中流动的所述热介质与从所述加热器(31)流出的冷媒进行热交换,
所述制冷循环系统(32)具有使冷媒与朝向车室内的送风空气进行热交换而冷却所述送风空气的冷却用热交换器(37),
在由通过所述冷却用热交换器(37)冷却后的所述送风空气对车室内进行制冷的情况下,所述热介质冷媒热交换器(61)以及所述电池用热交换器(604)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中。
19.根据权利要求18所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述热介质冷媒热交换器(61)以及所述电池用热交换器(604)串联配置在所述多个被热交换设备用流路(27、28)中的一个被热交换设备用流路(27)中。
20.根据权利要求18所述的车辆用热量管理系统,其中,
在所述制冷循环系统(32)中,在所述加热器(31)与所述热介质冷媒热交换器(61)之间配置有使从所述加热器(31)流出的冷媒减压膨胀的膨胀阀(62)。
21.根据权利要求20所述的车辆用热量管理系统,其中,
在对车室内进行供暖并且车室内的温度比外部气体温度高的情况下,
所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述电池用热交换器(604)、所述热介质冷媒热交换器(61)以及所述冷却器(30)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,
所述膨胀阀(62)以下述方式使从所述加热器(31)流出的冷媒减压膨胀:使得所述热介质冷媒热交换器(61)中的冷媒压力成为所述加热器(31)中的冷媒压力与所述冷却器(30)中的冷媒压力之间的压力,并且所述热介质冷媒热交换器(61)中的冷媒的蒸发温度比在所述热介质冷媒热交换器(61)中流通的所述热介质的温度低。
22.根据权利要求20所述的车辆用热量管理系统,其中,
在对车室内进行供暖并且车室内的温度比外部气体温度高的情况下,
所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述电池用热交换器(604)、所述热介质冷媒热交换器(61)以及所述冷却器(30)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中,
所述膨胀阀(62)以下述方式使从所述加热器(31)流出的冷媒减压膨胀:使得所述热介质冷媒热交换器(61)中的冷媒压力成为所述加热器(31)中的冷媒压力与所述冷却器(30)中的冷媒压力之间的压力,并且所述热介质冷媒热交换器(61)中的冷媒的蒸发温度比在所述热介质冷媒热交换器(61)中流通的所述热介质的温度低。
23.根据权利要求13所述的车辆用热量管理系统,其中,
在对车室内进行供暖并且车室内的温度比外部气体温度高的情况下,所述第一流通部(15、16、17、18)以及所述第二流通部(24、47)以下述方式切换所述热介质的流动:使得所述电池用热交换器(604)、所述热介质冷媒热交换器(61)以及所述冷却器(30)包含于所述第一循环回路与所述第二循环回路中的一方的循环回路中。
24.根据权利要求1~9中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述第二流通部(24、47)具有相对于所述第二流路组(25、26、27、28)进行所述两个系统的热介质的分配的第一切换阀(24)、以及相对于所述第二流路组(25、26、27、28)进行所述两个系统的热介质的聚集的第二切换阀(47),
所述第一切换阀(24)具有供所述第一泵(21)排出的所述热介质流入的第一入口(24a)、供所述第二泵(23)排出的所述热介质流入的第二入口(24b)、以及使所述热介质独立地向所述冷却器用流路(25)、所述加热器用流路(26)及所述多个被热交换设备用流路(27、28)流出的多个出口(24c、24d、24e、24f),
所述第二切换阀(47)具有使所述第一泵(21)吸入的所述热介质流出的第一出口(47a)、使所述第二泵(23)吸入的所述热介质流出的第二出口(47b)、以及供从所述冷却器用流路(25)、所述加热器用流路(26)及所述多个被热交换设备用流路(27、28)流出的所述热介质独立地流入的多个入口(47c、47d、47e、47f)。
25.根据权利要求24所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述第一流通部(15、16、17、18)具有:
三通阀(15),其与所述第一出口(47a)、所述散热器用流路(11)的入口侧、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路(12)的入口侧连接;
第一连通流路(16),其使所述第二出口(47b)与所述第一旁通流路(12)和所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路(13)连通;
合流流路(17),其使所述散热器用流路(11)的出口侧、所述一方的旁通流路(12、13)的出口侧以及所述第一入口(24a)连通;以及
第二连通流路(18),其使所述另一方的旁通流路(12、13)与所述第二入口(24b)连通,
所述第一泵(21)配置在所述合流流路(17)与所述第一入口(24a)之间,
所述第二泵(23)配置在所述第二连通流路(18)与所述第二入口(24b)之间。
26.根据权利要求24所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述第一流通部(15、16、17、18)具有:
分支流路(70),其使所述第一出口(47a)、所述散热器用流路(11)的入口侧、以及所述第一旁通流路(12)与所述第二旁通流路(13)中的一方的旁通流路(12、13)的入口侧连通;
第一连通流路(16),其使所述第二切换阀(47)的第二出口(47b)与所述第一旁通流路(12)和所述第二旁通流路(13)中的另一方的旁通流路(12、13)连通;
三通阀(71),其与所述散热器用流路(11)的出口侧、所述一方的旁通流路(12、13)的出口侧以及所述第一入口(24a)连接;以及
第二连通流路(18),其使所述另一方的旁通流路(12、13)与所述第一切换阀(24)的第二入口(24b)连通,
所述第一泵(21)配置在所述第一出口(47a)与所述分支流路(70)之间,
所述第二泵(23)配置在所述第二出口(47b)与所述第一连通流路(16)之间。
27.根据权利要求24所述的车辆用热量管理系统,其中,
具备温度检测器(53、54),该温度检测器(53、54)检测流入所述第一入口(24a)的所述热介质的温度、以及流入所述第二入口(24b)的所述热介质的温度,
所述第一切换阀(24)具有:混合空间(241c、241d、241e、241f),其使从所述第一入口(24a)流入的所述热介质与从所述第二入口(24b)流入的所述热介质混合;以及阀芯(242),其根据所述多个被热交换没备(45、46)所需的所述热介质的温度来调整从所述第一入口(24a)流入的所述热介质与从所述第二入口(24b)流入的所述热介质的混合比,
所述第二切换阀(47)具有:分配空间(471c、471d、471e、471f),其将从所述多个入口(47c、47d、47e、47f)流入的所述热介质分配为从所述第一出口(47a)流出的所述热介质与从所述第二出口(47b)流出的所述热介质;以及阀芯(472),其根据所述混合比来调整从所述第一出口(47a)流出的所述热介质与从所述第二出口(47b)流出的所述热介质的分配比。
28.根据权利要求1~4中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述冷却器(30)是制冷循环系统(32)的低压侧热交换器,通过使所述制冷循环系统(32)的低压冷媒与所述热介质进行热交换而冷却所述热介质,
所述加热器(31)是所述制冷循环系统(32)的高压侧热交换器,通过使所述制冷循环系统(32)的高压冷媒与所述热介质进行热交换而加热所述热介质。
29.根据权利要求28所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述制冷循环系统(32)具有:
第一膨胀阀(34),其使向所述冷却器(30)流入的冷媒减压;
冷却用热交换器(37),其供所述低压冷媒以与所述冷却器(30)并联的方式流动,使所述低压冷媒与朝向车室内的送风空气进行热交换而冷却所述送风空气;
第二膨胀阀(42),其使向所述冷却用热交换器(37)流入的冷媒减压;以及
电磁阀(43),其对分支部(40)与所述第一膨胀阀(62)之间的冷媒流路进行开闭,所述分支部(40)使所述冷媒的流动向所述冷却器(30)侧与所述冷却用热交换器(37)侧分支。
30.根据权利要求1~9中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述热介质是混入有粒径为纳米级的纳米粒子(88、89)的流体。
31.根据权利要求30所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述纳米粒子(88、89)的纵横比为50以上。
32.根据权利要求31所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述纳米粒子的构成原子包括Au、Ag、Cu以及C中的任一种。
33.根据权利要求32所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述纳米粒子包括碳纳米管(88)、石墨烯(89)以及石墨中的至少一种。
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