CN104602927A - 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,其中,第一泵配置流路(11)、温度调整对象设备配置流路(13-16)及第二泵配置流路(12)从连通流路(22)的一端侧朝向另一端侧依次与连通流路(22)连接,第一热交换器(26)配置于多个流路(11-16)中的、在比配置有第二热交换器(31)的流路(12)靠第一泵配置流路(11)侧的位置与连通流路(22)连接的流路(11)中,切换部(21)以使多条流路彼此连通的方式动作,所述多条流路是从多个流路中的在最靠一端侧与连通流路(22)连接的流路(11)到多个流路中的从一端侧数起第任意个与连通流路(22)连接的流路这多条流路。

Description

车辆用热量管理系统
本申请基于2012年8月28日申请的日本特许出愿2012-187152主张优先权,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中记载有对电动机动车的电动发电机、逆变器、蓄电池及车室进行冷却的热量控制装置。
该现有技术的热量控制装置具备:供电动发电机及逆变器的冷却所使用的冷却水循环的冷却回路;供蓄电池及车室的冷却所使用的冷却水循环的第一循环回路;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。
而且,热量控制装置具备:进行冷却回路与第一循环回路的连接断开的第一阀;将冷却回路与第一循环回路及第二循环回路中的任一方连接的第二阀;及进行冷却回路与第二循环回路的连接断开的第三阀,通过上述各阀的控制而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。
在第二循环回路中循环的冷却水与在第一循环回路中循环的冷却水之间,能进行基于热量移动装置的热量的移动。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从低温的冷却水向高温的冷却水的热量的移动。
而且,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散热,从而能对蓄电池及车室进行冷却。
另外,利用第一~第三阀将冷却回路与第一循环回路或第二循环回路连接,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散热,从而能对电动发电机及逆变器进行冷却。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-121551号公报
发明内容
根据本申请发明人的研究,在对电动发电机、逆变器、蓄电池及车室这些多个冷却对象设备进行冷却的冷却系统中,虽然具有仅利用一个室外热交换器即可的优点,但可能导致整体的回路结构变复杂。冷却对象设备的个数越多,该可能性越显著。
例如,除了电动发电机、逆变器、蓄电池之外,作为需要冷却的冷却对象设备,还有油冷却器、中间冷却器等,这些冷却对象设备所要求的冷却温度彼此不同。
因此,当要为了适当地对各冷却对象设备进行冷却而使得能切换向各冷却对象设备循环的冷却水(热介质)时,循环回路(流路)与冷却对象设备的个数相应地增加,伴随于此,进行各循环回路与冷却回路的连接断开的阀的个数也增加,因此,导致各循环回路与冷却回路的连接结构变得非常复杂。
本发明鉴于上述点而做成,其目的在于简化能切换向多条流路循环的热介质的车辆用热量管理系统的结构。
为了达到上述目的,在本发明的车辆用热量管理系统中,具备第一泵及第二泵、第一热交换器及第二热交换器、一个以上的温度调整对象设备、多个流路、切换部、及连通流路。第一泵及第二泵吸入并喷出热介质。第一热交换器及第二热交换器通过与热介质进行热交换而使热介质的温度变化。一个以上的温度调整对象设备通过热介质而被调整温度。多个流路是供热介质流通的流路,包括配置有第一泵的第一泵配置流路、配置有第二泵的第二泵配置流路及配置有一个以上的温度调整对象设备中的任一个温度调整对象设备的温度调整对象设备配置流路。多个流路的一端侧与切换部连接,切换部选择性地使多个流路彼此连通。多个流路的另一端侧彼此并联地与连通流路连接,连通流路使多个流路彼此连通。
第一泵配置流路、温度调整对象设备配置流路及第二泵配置流路从连通流路的一端侧朝向另一端侧依次与连通流路连接。第一热交换器配置于多个流路中的、在比配置有第二热交换器的流路靠第一泵配置流路侧的位置与连通流路连接的流路中。切换部以下述方式进行动作:使从多个流路中的在最靠一端侧的位置与连通流路连接的流路到多个流路中的从一端侧数起第任意个与连通流路连接的流路的多条流路彼此连通。
据此,通过在切换部与连通流路之间并联地连接有多个流路这样的简单的结构,能切换向多个流路循环的热介质。
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等的结构图。
图3是表示图1的切换阀的剖视图。
图4是表示图3的阀芯的立体图。
图5是表示图1的切换阀的立体图。
图6是表示图1的车辆用热量管理系统的电控制部的框图。
图7是表示图1的车辆用热量管理系统的第一动作模式的整体结构图。
图8是表示图1的车辆用热量管理系统的第二动作模式的整体结构图。
图9是表示由电池蓄积冷能的情况下的车辆用热量管理系统的动作模式的整体结构图。
图10是图9的动作模式时的制冷循环系统等的结构图。
图11是表示将蓄积于电池的冷能回收的情况下的车辆用热量管理系统的动作模式的整体结构图。
图12是表示蓄积冷能的电池的一例的简要图。
图13A是表示在电池蓄积冷能的情况下的、电池模块的动作的简要图。
图13B是表示将在电池中蓄积的冷能回收的情况下的、电池模块的动作的简要图。
图14是表示图1的车辆用热量管理系统的第三动作模式的整体结构图。
图15是表示图1的车辆用热量管理系统的第四动作模式的整体结构图。
图16是表示图1的车辆用热量管理系统的第五动作模式的整体结构图。
图17是表示图1的车辆用热量管理系统的第六动作模式的整体结构图。
图18是表示图1的车辆用热量管理系统的第七动作模式的整体结构图。
图19是第二实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图20是第三实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图21是第四实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图22是第五实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图23是表示图22的第一、第二散热器的车辆搭载状态的示意图。
图24是第六实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图25是第七实施方式的车辆用热量管理系统的整体结构图。
图26是表示第八实施方式的切换阀的剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下,说明第一实施方式。图1所示的车辆用热量管理系统10用于将车辆所具备的各种温度调整对象设备(需要冷却或加热的设备)冷却为适当的温度。
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)及行驶用马达获得车辆行驶用的驱动力的混合动力机动车中。
本实施方式的混合动力机动车根据车辆的行驶负载、电池的储电余量等使发动机动作或停止,从而能切换从发动机及行驶用电动马达双方获得驱动力进行行驶的行驶状态(HV行驶)、使发动机10停止而仅从行驶用电动马达获得驱动力进行行驶的行驶状态(EV行驶)等。由此,与作为车辆行驶用的驱动源仅具有发动机的车辆相比较,能提高燃料利用率。
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,例如可以使用锂离子电池。
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蓄积于电池,蓄积于电池的电力不仅供给至行驶用马达,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具备多个流路11-16、切换阀21、集合分配用流路22(连通流路)、第一泵23、第二泵24及散热器26(第一热交换器)。
多个流路11-16为供冷却水流动的冷却水流路。多个流路11-16由树脂材料(尼龙、聚邻苯二甲酰胺等)、金属材料(SUS)等硬配管以及橡胶材料(EPDM)的软管配管形成。
冷却水是作为热介质的流体。在本第一实施方式中,作为冷却水,使用至少包含乙二醇、二甲聚硅氧烷或纳米流体的液体。
多个流路11-16的一端侧彼此并联地与切换阀21连接,另一端侧彼此并联地与集合分配用流路22连接。
切换阀21具有供冷却水流入的第一入口21a及第二入口21b、和供冷却水流出的第一出口21c、第二出口21d、第三出口21e及第四出口21f。切换阀21为切换第一、第二入口21a、21b与第一~第四出口21c-21f的连通状态的切换部。
在第一入口21a连接有多个流路11-16中的第一流路11的一端侧。在第二入口21b连接有多个流路11-16中的第二流路12的一端侧。
在第一出口21c连接有多个流路11-16中的第三流路13的一端侧。在第二出口21d连接有多个流路11-16中的第四流路14的一端侧。在第三出口21e连接有多个流路11-16中的第五流路15的一端侧。在第四出口21f连接有多个流路11-16中的第六流路16的一端侧。
集合分配用流路22具有供冷却水流出的第一出口22a及第二出口22b、和供冷却水流入的第一入口22c、第二入口22d、第三入口22e及第四入口22f。集合分配用流路22形成为将第一、第二出口22a、22b及第一~第四入口22c-22f彼此连通。
第一出口22a形成于集合分配用流路22的一端部。第二出口22b形成于集合分配用流路22的另一端部。在集合分配用流路22的中间部,从集合分配用流路22的一端部(第一出口22a侧)朝向另一端部(第二出口22b侧)依次形成有第一入口22c、第二入口22d、第三入口22e、第四入口22f。
在第一出口22a连接有多个流路11-16中的第一流路11的另一端侧。在第二出口22b连接有多个流路11-16中的第二流路12的另一端侧。
在第一入口22c连接有多个流路11-16中的第三流路13的另一端侧。在第二入口22d连接有多个流路11-16中的第四流路14的另一端侧。在第三入口22e连接有多个流路11-16中的第五流路15的另一端侧。在第四入口22f连接有多个流路11-16中的第六流路16的另一端侧。
第一泵23及第二泵24为吸入并喷出冷却水的电动泵。第一泵23配置于第一流路11(第一泵配置流路),第二泵24配置于第二流路12(第二泵配置流路)。
第一泵23及第二泵24均配置为将冷却水从集合分配用流路22侧吸入并向切换阀21侧喷出。
散热器26是通过冷却水与车室外空气(以下称为外部气体)进行热交换而使冷却水的热量向外部气体散热的散热用热交换器(空气热介质热交换器)。散热器26配置于第一流路11中的第一泵23与集合分配用流路22之间的部位。
虽省略图示,但散热器26配置于车辆的最前部。外部气体向散热器26的送风由室外送风机27进行。在车辆行驶时,行驶风与散热器26接触。
在第一流路11中的比散热器26靠集合分配用流路22侧的部位,经由三通阀29(阀芯)连接有旁通流路28的一端侧。在第一流路11中的比散热器26靠切换阀21侧的部位连接有旁通流路28的另一端侧。三通阀29切换第一流路11的冷却水向散热器26流动的情况和向旁通流路28流动的情况。
在第一流路11中的散热器26与第一泵23之间配置有储存箱30。储存箱30是贮存冷却水的密闭式的容器(热介质贮存部)。通过预先在储存箱30中贮存多余冷却水,能够抑制在各流路中循环的冷却水的液量的降低。储存箱30具有将混入到冷却水中的气泡气液分离的功能。
在储存箱30的帽部30a设有负压阀及加压阀。负压阀在箱内压力成为大气压以下时开阀。加压阀在箱内压力成为大气压以上的设定压力时开阀。由此,能将箱内压力维持在大气压以上且设定压力以下。
在第二流路12中配置有冷却机(chiller)31(第二热交换器)。冷却机31是使制冷循环系统40的低压冷媒(低温冷媒)与冷却水进行热交换而将冷却水冷却的冷却水冷却用热交换器(热介质冷却器)。
在第三流路13(温度调整对象设备配置流路)中,彼此串联地配置有作为温度调整对象设备的冷凝器32及加热器芯33。冷凝器32是通过使制冷循环系统40的高压冷媒(高温冷媒)与冷却水进行热交换而将冷却水加热的冷却水加热用热交换器(热介质加热器)。加热器芯33是使经由冷凝器32被加热了的冷却水与向车室内送风的空气(送风空气)进行热交换而将送风空气加热的空气加热用热交换器(空气热介质热交换器)。
在第四流路14(温度调整对象设备配置流路)配置有作为温度调整对象设备的油热交换器34。油热交换器34是使发动机油(发动机所使用的润滑油)、ATF油等的油与冷却水进行热交换而对油进行冷却或加热的油温度调整用热交换器(油温度调整部)。
在第五流路15(温度调整对象设备配置流路)配置有作为温度调整对象设备的逆变器35。逆变器35是将从电池供给来的直流电力转换为交流电力而向行驶用马达输出的电力转换装置,构成动力控制单元。
动力控制单元是为了驱动行驶用马达而对电池的输出进行控制的部件,除了逆变器35之外,还具有使电池的电压上升的升压转换器等。
在逆变器35的内部形成有供冷却水流动的冷却水流路,通过在该冷却水流路中流动冷却水,从而逆变器35被冷却。由于内部的半导体元件的热破坏、劣化防止等理由,逆变器35的容许温度(在逆变器35中流通的冷却水的上限温度)设定为50℃。
在第六流路16(温度调整对象设备配置流路)中,彼此串联地配置有作为温度调整对象设备的电池用热交换器36(电池冷却器)及过冷却热交换器37。电池用热交换器36是使冷却水(热介质)与空气进行热交换的热交换器,经由电池用热交换器36进行了热交换的空气被向电池引导,从而电池被冷却或加热。由于电池的输出降低、充电效率降低及劣化防止等理由,电池用热交换器36的容许温度(在电池用热交换器36中流通的冷却水的上限温度)设定为40℃。
由于电池被隔热材料覆盖,因此,能防止电池内部的热量(热能及冷能)向外部散出。插电式混合动力车、电动机动车为了能确保较长的可行驶距离而搭载大量的电池,因此,电池整体的热容量较大,进而能蓄积大量的热量(热能及冷能)。因此,电池构成蓄积热能的蓄热器且构成蓄积冷能的蓄冷器。
代替电池用热交换器36,也可以将电池自身配置于第六流路16,通过在形成于电池的内部的冷却水流路(电池冷却部)流动冷却水而对电池进行冷却。
过冷却热交换器37是通过使经由冷凝器32被冷却了的冷媒与冷却水进行热交换而将冷媒进一步冷却从而提高冷媒的过冷却度的冷媒过冷却用热交换器(冷媒热介质热交换器)。
在本第一实施方式中,配置于第三~第六流路13-16中的温度调整对象设备32-37的容许温度的大小关系如下所述。配置于第三流路13的温度调整对象设备32、33的容许温度为配置于第四流路14的温度调整对象设备34的容许温度以上,配置于第四流路14的温度调整对象设备34的容许温度为配置于第五流路15的温度调整对象设备35的容许温度以上,配置于第五流路15的温度调整对象设备35的容许温度为配置于第六流路16的温度调整对象设备36的容许温度以上。
换言之,配置于第三~第六流路13-16的温度调整对象设备32-37的容许温度,从集合分配用流路22的一端侧(第三流路13侧)朝向另一端侧(第六流路16侧)为同等以下。
如图2所示,制冷循环系统40除了作为低压侧热交换器的冷却机31、作为高压侧热交换器的冷凝器32及过冷却热交换器37之外,还具有压缩机41、冷却机用膨胀阀42、蒸发器用膨胀阀43及蒸发器44。
制冷循环系统40是蒸气压缩式制冷机。在本第一实施方式中,作为制冷循环系统40的冷媒,使用氟利昂系冷媒,因此,制冷循环系统40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。
压缩机41是通过从电池供给的电力被驱动的电动压缩机,将气相冷媒吸入并压缩后喷出。压缩机41也可以经由带轮、带等由发动机旋转驱动。从压缩机41喷出的高温高压的气相冷媒通过在冷凝器32中与冷却水进行热交换而被吸热并冷凝。
冷却机用膨胀阀42是使经由过冷却热交换器37被过冷却了的液相冷媒减压膨胀的减压器。经由冷却机用膨胀阀42而减压膨胀了的冷媒在冷却机31与冷却水进行热交换而被冷却。经由冷却机31而从冷却水吸热并蒸发了的气相冷媒被压缩机41吸入并被压缩。
蒸发器用膨胀阀43及蒸发器44在制冷循环系统40中相对于冷却机用膨胀阀42及冷却机31并联地配置。蒸发器用膨胀阀43是使经由过冷却热交换器37被过冷却了的液相冷媒减压膨胀的减压器。
蒸发器44是使经由蒸发器用膨胀阀43被减压膨胀了的冷媒与向车室内输送的送风空气进行热交换而将送风空气冷却的空气冷却用热交换器。经由蒸发器44而从冷却水吸热并蒸发了的气相冷媒被压缩机41吸入并压缩。
在冷却机31,利用制冷循环系统40的低压冷媒将冷却水冷却,因此,与利用外部气体将冷却水冷却的散热器26相比,能将冷却水冷却至较低的温度。
具体而言,相对于在散热器26无法将冷却水冷却至比外部气体的温度低的温度,在冷却机31能将冷却水冷却至比外部气体的温度低的温度。
蒸发器44及加热器芯33配置于在室内空调单元的壳体45的内部形成的空气通路。具体而言,在壳体45内的空气通路中,加热器芯33配置于比蒸发器44靠空气流动下游侧处。
在壳体45内的空气通路中流动有由室内送风机46送风来的送风空气。在壳体45的内部,在蒸发器44与加热器芯33之间配置有空气混合门47。空气混合门47是用于调整通过加热器芯33的送风空气与绕过蒸发器44流动的送风空气的风量比例的风量比例调整部。
在壳体45的内部,在加热器芯33的空气流动下游侧配置有PTC加热器48。PTC加热器48是具有PTC元件(正特性热敏电阻)并通过向该PTC元件供给电力而发热从而将通过加热器芯33后的空气加热的作为辅助加热器的电加热器。
接着,基于图3-图5说明切换阀21的详细内容。如图3所示,切换阀21具有在内部形成有冷却水流路的外壳211、收容于外壳211内的阀芯212和固定于阀芯212的旋转轴213。
如图4所示,阀芯212形成为将外壳211的内部空间分隔为两个空间的板状。如图5所示,旋转轴213向外壳211的外部突出,与齿轮机构214及电动促动器215连结。
电动促动器215的旋转驱动力经由齿轮机构214向旋转轴213传递,从而阀芯212被绕旋转轴213旋转驱动。代替齿轮机构214,也可以使用带轮机构、曲柄机构、连杆机构等。
阀芯212的旋转角由电位计等的旋转角检测装置216来检测。在本例中,通过旋转角检测装置216检测齿轮机构214的旋转角,从而能检测阀芯212的旋转角。
在外壳211,沿阀芯212的旋转方向依次排列形成有第一入口21a、第一出口21c、第二出口21d、第三出口21e、第四出口21f、第二入口21b。因此,利用阀芯212的旋转操作位置,来切换第一、第二入口21a、21b与第一~第四出口21c-21f的连通状态。例如,在阀芯212被旋转操作至图3所示的位置的情况下,第一入口21a与第一、第二出口21c、21d连通,第二入口21b与第三、第四出口21e、21f连通。
如图4所示,在阀芯212设有用于防止切换阀21的内部的冷却水泄漏的密封构件217。在旋转轴213上配置有用于防止向外壳211外部的冷却水泄漏的O型密封圈218。
密封构件217及O型密封圈218由相对于冷却水具有抵抗性的橡胶构件(三元乙丙橡胶(EPDM:ethylene-propylene-diene copolymer rubber)、氟橡胶、硅酮橡胶等)形成。密封构件217及O型密封圈218考虑阀芯212的旋转引起的摩擦而被实施表面处理。
接着,基于图6说明热量管理系统10的电控制部。控制装置50是这样的控制装置:由包括CPU、ROM及RAM等的公知的微型计算机和其周边电路构成,基于存储于其ROM内的空调控制程序进行各种运算、处理,从而对与输出侧连接的第一泵23、第二泵24、压缩机41及切换阀21的电动促动器215等的动作进行控制。
控制装置50一体地构成有对与其输出侧连接的各种控制对象设备进行控制的控制部,但控制各个控制对象设备的动作的结构(硬件及软件)构成控制各个控制对象设备的动作的控制部。
在本实施方式中,特别是,将控制切换阀21的电动促动器215的动作的结构(硬件及软件)作为切换阀控制部50a。当然,也可以将切换阀控制部50a由相对于控制装置50独立的个体构成。
向控制装置50的输入侧输入内部气体温度传感器51、外部气体温度传感器52、日照传感器53、内部气体湿度传感器54及冷却水温度传感器55等的检测信号。
内部气体温度传感器51是对内部气体温度(车室内温度)进行检测的检测器(内部气体温度检测器)。外部气体温度传感器52是对外部气体温度进行检测的检测器(外部气体温度检测器)。日照传感器53是对车室内的日照量进行检测的检测器(日照量检测器)。内部气体湿度传感器54是对车室内的湿度进行检测的检测器(湿度检测器)。
冷却水温度传感器55是对第一流路11(第一泵配置流路)中的冷却水的温度进行检测的检测器(温度检测器)。在本例中,如图1所示,冷却水温度传感器55配置于第一流路11中的第一泵23的喷出侧的部位。
向控制装置50的输入侧输入来自各种空调操作开关的操作信号,所述各种空调操作开关设于配置在车室内前部的仪表板附近的操作面板58上。作为设于操作面板58上的各种空调操作开关,设有空调开关、自动开关、风量设定开关、车室内温度设定开关等。
空调开关是切换空调(制冷或供暖)的动作·停止(ON·OFF)的开关。自动开关是设定或解除空调的自动控制的开关。风量设定开关是设定室内送风机的风量的开关。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,说明上述结构的动作。控制装置50通过控制切换阀21用的电动促动器215的动作而切换为各种动作模式。
具体而言,由第一流路11与第三~第六流路13-16中的至少一个流路形成第一冷却水循环回路(第一热介质回路),由第二流路12和第三~第六流路13-16中的其余的流路形成第二冷却水循环回路(第二热介质回路)。
关于第三~第六流路13-16的各流路,通过根据状况切换连接于第一冷却水循环回路的情况和连接于第二冷却水循环回路的情况,从而能将各温度调整对象设备调整为适当的温度。
需要说明的是,也可以将第三~第六流路13-16中的一部分流路连接于第一冷却水循环回路及第二冷却水循环回路的双方,从而使第一冷却水循环回路的冷却水与第二冷却水循环回路的冷却水混合而流通。
另外,也可以仅形成第一冷却水循环回路及第二冷却水循环回路中的一方的冷却水循环回路。
图7所示的第一动作模式在由冷却水温度传感器55检测到的冷却水温度低于电池用热交换器36的容许温度(40℃)的情况下实施。即,在外部气体温度不是比较高的情况下(例如10-30℃)实施。
在第一动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第四出口21f与第二入口21b之间的位置。由此,第一、第三、第四、第五、第六流路11、13、14、15、16彼此连通,而形成图7的粗实线所示的第一冷却水循环回路。第二流路12不与其他流路连通,因此,未形成第二冷却水循环回路。因此,第二泵24停止。
在第一冷却水循环回路中,冷却水在散热器26、冷凝器32、加热器芯33、油热交换器34、逆变器35及电池用热交换器36之间循环,因此,能够利用冷却水回收冷凝器32、油热交换器34、逆变器35及电池用热交换器36的废热而利用散热器26向外部气体散热。
图8所示的第二动作模式在由冷却水温度传感器55检测到的冷却水温度为电池用热交换器36的容许温度(40℃)以上、且低于逆变器35的容许温度(50℃)的情况下实施。
在第二动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第三出口21e与第四出口21f之间的位置。由此,第一、第三、第四、第五流路11、13、14、15彼此连通而形成图8的粗实线所示的第一冷却水循环回路,第二、第六流路12、16彼此连通而形成图8的粗点划线所示的第二冷却水循环回路。
如图8的虚线所示,集合分配用流路22中的第三入口22e与第四入口22f之间的部位形成将第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路连通的连通部R。在该连通部R未稳定地流动冷却水。以下,说明其理由。
在假定为在连通部R稳定地流动冷却水的情况下,需要供流过连通部R的冷却水返回的路径(归还路径),但除了连通部R以外,第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路未连通,因此,在连通部R流动的冷却水无法返回。因此,在连通部R未稳定地流动冷却水。
但是,在第一泵23、第二泵23的动作开始时等的过度的阶段,由于两冷却水循环回路的压力均压化现象,在连通部R流动有若干量的冷却水。
第二动作模式具体而言在以下那样的情况下实施。例如,在夏季等的外部气体温度较高的状态下为了制冷而使制冷循环系统40进行动作时冷凝器32的散热量变多的情况下,或者由于高负载行驶而逆变器35、油热交换器34的散热量变多的情况下等,有时第一冷却水循环回路的冷却水温度超过电池用热交换器36的容许温度(40℃)。
在该情况下,实施第二动作模式,若使电池用热交换器36与冷却机31连通,则能将电池用热交换器36维持在容许温度以下。能将电池用热交换器36冷却至外部气体温度以下。
在第二动作模式下,优选通过调整第二泵23的流量来调整电池的冷却所需要的冷却水流量。
另外,若在利用从外部电源(商用电源)供给来的电力对电池进行充电时实施第二动作模式,则能在充电中预先在电池中蓄积冷能。若在行驶开始后,利用蓄积于电池的冷能而经由过冷却热交换器37对冷媒进行过冷却,则能飞跃性地提高制冷循环系统40的运转效率,实现节能制冷。
例如,在蓄冷器(电池)103蓄积冷能的情况下,如图9所示,在第三流路13、第四流路14、第五流路15、第六流路16分别配置有过冷却热交换器37、电池用热交换器36、冷凝器32、冷却机31。而且,如图10所示,冷却机31、冷凝器32及过冷却热交换器37构成制冷循环系统40的一部分。切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一出口21c与第二出口21d之间的位置。作为电池103,也可以使用利用了图12所示那样的水冷式的电池、图13A及图13B所示那样的空冷式的电池的电池模块100等。
在使用电池模块100在电池103蓄积冷能的情况下,如图13A所示,风路切换门102转动,由送风机104送风来的内部气体与经由第二冷却水循环回路而被冷却机31冷却了的低温冷却水在电池用热交换器36内进行热交换而将内部气体冷却。电池103被已冷却了的内部气体冷却,蓄积冷能。
在利用蓄积于电池103的冷能的情况下,如图11所示,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置。而且,电池模块100的风路切换门102如图13B所示那样被旋转驱动。由此,通过蓄积了冷能的电池103后的内部气体与经由第一冷却水循环流路回收了设备的废热的高温冷却水在电池用热交换器36进行热交换,从而蓄积于电池103的冷能被回收。
图12所示的电池103使用电池单体101作为蓄冷部,但也可以代替电池单体101而使用石蜡、氢氧化物或潜热型蓄冷剂等。
在利用蓄积于电池的冷能而经由过冷却热交换器37对冷媒进行过冷却的情况下,优选冷却机用膨胀阀42全闭而不向冷却机31流动冷媒。
图14所示的第三动作模式在由冷却水温度传感器55检测到的冷却水温度为逆变器35的容许温度(50℃)以上的情况下实施。
在第三动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一出口21c与第二出口21d之间的位置。由此,第一、第三流路11、13彼此连通而形成图14的粗实线所示的第一冷却水循环回路,第二、第四、第五、第六流路12、14、15、16彼此连通而形成图14的粗点划线所示的第二冷却水循环回路。
由此,能使逆变器35及油热交换器34与冷却机31连通而将逆变器35维持在容许温度以下。也能将逆变器35冷却至外部气体温度以下。
越降低在逆变器35中流动的冷却水温度,越能将逆变器35小型化。以下,说明其理由。
越将逆变器35内部的电力控制元件的尺寸小型化,由于发热密度提高因此元件的温度越上升。为了防止元件的劣化、热损害,通过采用利用冷却水夺取元件的热量的水冷方式,与空冷方式相比,元件的散热性能提高。在此,冷却水温度越低,越能确保与元件的温度差而使热量的移动量提高,因此,越降低在逆变器35中流动的冷却水温度,越能将逆变器35内部的电力控制元件的尺寸小型化。
图15所示的第四动作模式在冬季等需要供暖的情况下实施。在第四动作模式下,相对于上述第三模式而言,三通阀29的动作不同。具体而言,以使第一流路11的热介质不向散热器26流动而向旁通流路28流动的方式切换三通阀29。
由此,利用冷却机31回收油热交换器34、逆变器35及电池用热交换器36的废热,利用制冷循环系统40的热泵运转而向冷凝器32侧汲取热量,从冷凝器32向冷却水导热,车室内空气(内部气体)与冷却水经由加热器芯33进行热交换,从而对车室内进行供暖。
在此,在能利用商用电源对电池充电的插电式混合动力车、电动机动车中,在判定为充电时为规定的外部气体温度以下的情况、或充电后需要供暖的情况下,在充电中进行在电池中蓄积热能的动作。
充电后是否需要供暖的判定例如能如以下那样进行。通过在车辆、充电器上搭载能与网络连接的装置,并具备从网络获取天气预报的信息、基于获取的天气预报信息来预测充电后的外部气体温度条件的装置,从而能够判定充电后是否需要供暖。另外,通过使车辆侧具有根据外部气体温度的变化、日期和时间来预测充电后的外部气体温度条件的逻辑性,能判定充电后是否需要供暖。
通过预先在电池中蓄积热能,能在行驶中实施利用冷却机31回收蓄积于电池的热能并利用冷凝器32进行散热的热泵循环。在该情况下,冷却机31中的冷却水的温度变高,因此,能实施非常高效的制冷循环运转。其结果是,能进行节能供暖,因此,能够大幅延长仅利用电池能行驶的距离。
在将蓄积于电池的热能用尽了之后,也能进行汲取油热交换器34、逆变器35的废热的热泵供暖,因此,与仅利用电加热器进行供暖的情况相比,能进行节能供暖。由于供暖负载较高,因此,在无法利用油热交换器34、逆变器35的废热补充供暖所需的热量的情况下,通过向PTC加热器48通电能确保供暖所需的热量。
图16所示的第五动作模式在冷凝器32的散热量较多、逆变器35的散热量较少的情况下实施。作为冷凝器32的散热量较多、逆变器35的散热量较少的情况,可举出例如制冷负载较高、车辆行驶负载较低的情况。
在第五动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至使第三出口21e为小开度的位置。由此,第一、第三、第四、第五流路11、13、14、15彼此连通而形成图16的粗实线所示的第一冷却水循环回路,第二、第六流路12、16彼此连通而形成图16的粗点划线所示的第二冷却水循环回路。
由于第三出口21e成为小开度,因此,在第一冷却水循环回路中,第五流路15中的冷却水流量变少,相应地第三流路13、14中的冷却水流量变多。因此,在散热量较少的逆变器35中,冷却水流量变少,在散热量较多的冷凝器32中,冷却水流量变多。
因此,不使第一泵23的动力增加而能确保与散热量相应的冷却水流量,因此,能谋求省动力化。
图17所示的第六动作模式在第二泵24发生故障的情况下(换言之在推定或判定为第二泵24产生异常的情况下)实施。
在此,第二泵24的故障的判定能通过第二泵24自身所具备的故障检测器来进行。在第二泵24自身不具备故障检测器的情况下,通过控制装置50等具备能检测泵故障的逻辑性,能判定第二泵24的故障。
在第六动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至与上述第一动作模式相同的位置。由此,所有的温度调整对象设备32-36与第一冷却水循环回路连接,因此,能利用未发生故障的第一泵23使冷却水循环至散热器26及所有的温度调整对象设备32-36。
其结果是,能相对于所有的温度调整对象设备32-36继续进行最低限度的冷却,因此,能进行用于使车辆向安全的场所退避或向修理工厂等搬入的最低限度的退避行驶。
图18所示的第七动作模式在第一泵23发生故障的情况下(换言之在推定或判定为第一泵23产生异常的情况下)实施。
在此,第一泵23的故障的判定能通过第一泵23自身所具备的故障检测器进行。在第一泵23自身不具备故障检测器的情况下,通过控制装置50等具备能检测泵故障的逻辑性,能判定第一泵23的故障。
在第七动作模式下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一入口21a与第二入口21b之间以外的位置。由此,所有的流路11-16彼此连通,因此,能利用未发生故障的第二泵24使冷却水循环至散热器26及所有的温度调整对象设备32-36。
其结果是,能相对于所有的温度调整对象设备32-36继续进行最低限度的冷却,因此,能进行用于使车辆向安全的场所退避或向修理工厂等搬入的最低限度的退避行驶。
根据本第一实施方式,通过在切换阀21与集合分配用流路22之间并联地连接多条流路11-16这样的简单的结构,能切换向多条流路11-16循环的冷却水。
而且,通过根据冷却水的温度等各种条件来控制切换阀21的动作而切换向温度调整对象设备32-37循环的冷却水,能根据各种条件将温度调整对象设备32-37调整为适当的温度。
例如,如图7所示,在通过将第一泵24、散热器26和电池用热交换器36连通而形成第一冷却水循环回路的情况下,当第一冷却水循环回路中的冷却水温度超过电池用热交换器36的容许温度时,如图8所示,将第二泵24、冷却机31和电池用热交换器36连通而形成第二冷却水循环体回路,因此,即使由于各种条件而在第一冷却水循环回路中流动的冷却水的冷却水温度发生变动,也能将电池用热交换器36维持在容许温度以下。
(第二实施方式)
在本第二实施方式中,如图19所示,相对于上述第一实施方式而言,改变配置于流路11-16中的设备。
在第一流路11中,彼此并联地配置有第一泵23、作为温度调整对象设备的发动机60及发动机用散热器61。第一泵23、发动机60及发动机用散热器61构成图19的粗实线所示的发动机冷却系统回路。
在发动机冷却系统回路中配置有散热器旁通流路62及恒温器63。散热器旁通流路62是供冷却水绕过发动机用散热器61而流动的流路。恒温器63根据冷却水的温度来切换冷却水在发动机用散热器61中流动的情况和在散热器旁通流路62中流动的情况。
在第一流路11中,在发动机60的紧接着下游侧配置有冷却水温度传感器55。在第二流路12中,相对于第二泵24串联地配置有散热器26。在第三流路13中配置有油热交换器34。在第四流路14中配置有加热器芯33。在第五流路15中配置有作为温度调整对象设备的中间冷却器64。在第六流路16中配置有逆变器35。
中间冷却器64是使由对发动机60的吸入空气(以下称为吸气)进行增压的涡轮增压器(增压器)压缩而成为高温的增压吸气与冷却水进行热交换而将增压吸气冷却的吸气冷却器(吸气热介质热交换器)。增压吸气优选冷却至例如30℃左右。
说明上述结构的动作。在高负载行驶时(车速较快的情况等),切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一入口21a与第一出口21c之间的位置。
由此,能利用发动机冷却系统回路对发动机60进行冷却,并且能利用散热器26对油热交换器34、中间冷却器64及逆变器35的废热进行散热而对油热交换器34、中间冷却器64及逆变器35进行冷却。
由于能够使对油热交换器34、中间冷却器64及逆变器35进行冷却的冷却水循环回路相对于发动机冷却系统回路独立,因此,即使在高负载行驶时,也能防止对油热交换器34、中间冷却器64及逆变器35进行冷却的冷却水的温度由于发动机60的废热而上升。因此,即使在高负载行驶时,也能保持油(发动机油、齿轮油)的温度较低,因此,能实现油的寿命提高、发动机60的燃烧效率提高。
在发动机60起动时,切换阀21的阀芯212被旋转操作至将第二出口21d全闭的位置。
由此,回收了油热交换器34的废热的冷却水向发动机60流动,不向加热器芯33流动,因此,能高效率地利用油热交换器34的废热而尽快地对发动机60进行暖机。
在冬季等需要供暖的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置。
由此,回收了发动机60的废热的冷却水向加热器芯33流动,因此,能利用发动机60的废热进行供暖。
在使发动机10停止而仅从行驶用电动马达获得驱动力进行行驶的EV行驶模式时,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第四出口21f与第二入口21b之间的位置。
由此,回收了逆变器35的废热的冷却水向发动机60流动,因此,能利用逆变器35的废热对进行发动机60进行暖机,以为下次使发动机60动作的情况做准备。
(第三实施方式)
在本第三实施方式中,如图20所示,相对于上述第二实施方式而言,改变配置于流路11-16中的设备。
在第一流路11中配置有发动机用散热器61。在第二流路12中,彼此串联地配置有第二泵24及散热器26。在第三流路13中,彼此串联地配置有第一泵23及发动机60。在第三流路13中,在发动机60的紧接着下游侧配置有冷却水温度传感器55。在第四流路14中,彼此串联地配置有加热器芯33及油热交换器34。在第五流路15中配置有中间冷却器64。在第六流路16中配置有逆变器35。
说明上述结构的动作。在EV行驶模式时或发动机刚刚起动后,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一入口21a与第一出口21c之间的位置。而且,使第一泵23及第二泵24动作。
根据该动作模式,第一泵23的产生差压与第二泵24的产生差压相抵,因此,未向散热器26流入冷却水。因此,能高效率地利用逆变器35的废热而对发动机60进行暖机。
该动作模式也在第一泵23及第二泵24中的任一泵发生故障的情况下实施。通过使未发生故障的一方的泵动作,能相对于所有的温度调整对象设备33-35、60、64继续进行最低限度的冷却,因此,能进行用于使车辆向安全的场所退避或向修理工厂等搬入的最低限度的退避行驶。
在夏季等不需要供暖的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一出口21c与第二出口21d之间的位置。
根据该动作模式,从第一泵23喷出的冷却水不向加热器芯33流入,因此能降低第一泵23的动力。而且,回收了发动机60的废热的冷却水不向油热交换器34流入,因此,能降低向油热交换器34流入的冷却水的温度而提高油的寿命。
在冬季等需要供暖的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置。
根据该动作模式,回收了发动机60的废热的冷却水向加热器芯33流动,因此,能利用发动机60的废热进行供暖。
在第二泵24发生了故障的情况下,切换阀21的阀芯212也可以被旋转操作至第四出口21f与第二入口21e之间的位置。
根据该动作模式,通过使第一泵23动作,能相对于所有的温度调整对象设备33-35、60、64继续进行最低限度的冷却,因此,能进行用于使车辆向安全的场所退避或向修理工厂等搬入的最低限度的退避行驶。
(第四实施方式)
在本第四实施方式中,如图21所示,相对于上述第一实施方式而言,改变配置于第一、第二、第四~第六流路11、12、14-16中的设备。
在第一流路11中,从冷却水的流动方向上游侧朝向下游侧依次串联地配置有三通阀29、散热器26、第一泵23、冷却水温度传感器55,与第一实施方式同样地设置有旁通流路28。换言之,即使不配置在第一实施方式中配置于第一流路11的储存箱30也可以。在第二流路12中,彼此串联地配置有第二泵24及热回收热交换器66。在第四流路14中配置有逆变器35。在第五流路15中配置有电池用热交换器36。在第六流路16中配置有冷却机31。
热回收热交换器66是使为了进行换气而向车外放出的内部气体与冷却水进行热交换从而使冷却水回收伴随换气而排出的热量(以下称为换气时排出热)的热交换器。虽省略图示,但热回收热交换器66配置于用于将内部气体向车外放出的换气口的附近。
说明上述结构的动作。在供暖时或制冷时,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置。
据此,在供暖时,由热回收热交换器66回收的换气时排出热(热能)由冷却机31吸热,通过制冷循环系统40的热泵运转而向冷凝器32侧汲取热量,从冷凝器32向冷却水导热,内部气体与冷却水经由加热器芯33进行热交换,因此,能利用换气时排出热对车室内进行供暖。
另外,在制冷时,通过利用热回收热交换器66回收换气时排出热(冷能),能降低冷却机31的运转率。
因此,在供暖时及制冷时,能利用换气时排出热实现省动力化。
(第五实施方式)
在本第五实施方式中,如图22所示,相对于上述第一实施方式而言,改变配置于流路11-16中的设备。
在第一流路11中,彼此串联地配置有第一泵23及第一散热器71。在第一流路11中,在第一散热器71的紧接着下游侧配置有冷却水温度传感器55。
在第二流路12中,彼此串联地配置有第二泵24及第二散热器72。在第二流路12中的比第二散热器72靠集合分配用流路22侧的部位,经由三通阀74连接有旁通流路73的一端侧。在第二流路12中的比散热器26靠第二泵24侧的部位连接有旁通流路73的另一端侧。三通阀74切换第二流路12的热介质向第二散热器72流动的情况和向旁通流路73流动的情况。
在第三流路13中配置有中间冷却器64。在第四流路14中配置有逆变器35。在第五流路15中,彼此串联地配置有对冷却水进行加热的加热器75及电池用热交换器36。
第一散热器71是主要用于对中间冷却器64进行冷却的散热器。第二散热器72是主要用于对逆变器35及电池用热交换器36进行冷却的散热器。
第二散热器72为了能相对于第一散热器71而言降低散热器出口的水温而配置于比第一散热器71靠车辆前方。换言之,第二散热器72为了能相对于第一散热器71而言降低散热器出口的水温而配置于车辆前表面的比第一散热器71容易受到行驶风的位置。例如,虽然根据车辆形状而有所不同,但一般情况下车辆前表面的下部容易受到行驶风,因此,若将第二散热器72配置于第一散热器71的铅垂下方,则能使第二散热器72的出口水温比第一散热器71的出口水温低。
第一散热器71及第二散热器72配置于车辆的最前部。如图23所示,第一散热器71及第二散热器72相对于外部气体的流动而言彼此并联地配置。第一散热器71配置于空冷式冷凝器76的外部气体流动下游侧且空冷式发动机用散热器77的外部气体流动上游侧。第二散热器72配置于空冷式发动机用散热器77的外部气体流动上游侧。
说明上述结构的动作。在由冷却水温度传感器55检测到的温度、即在第一散热器71流出的冷却水的温度超过了逆变器35的容许温度(50℃)的情况下,或推定超过容许温度(50℃)的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一出口21c与第二出口21d之间的位置。
由此,能使向逆变器35流入的冷却水的温度为容许温度(50℃)以下,因此,能保护逆变器35免受热损害。
需要说明的是,作为从第一散热器71流出的冷却水的温度超过了逆变器35的容许温度(50℃)的情况,例如可举出在高负载行驶中中间冷却器64的散热量变多的情况。
在由冷却水温度传感器55检测到的温度、即从第一散热器71流出的冷却水的温度为逆变器35的容许温度(50℃)以下的情况下,或推定出为容许温度(50℃)以下的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置。
由此,能利用散热性能较高的第一散热器71对逆变器35的废热进行散热,因此,能降低第一泵23及第二泵24的合计动力。
(第六实施方式)
在本第六实施方式中,如图24所示,相对于上述第一实施方式而言,改变配置于流路11-16中的设备。
在第一流路11中,彼此串联地配置有第一泵23、冷凝器32及加热器芯33。
在第二流路12中,彼此串联地配置有第二泵24、冷却机31及冷却器芯78。冷却器芯78是使由冷却机31冷却了的冷却水与向车室内输送的送风空气进行热交换而将送风空气冷却的空气冷却用热交换器(空气热介质热交换器)。
在第三流路13中配置有第一关闭阀79。第一关闭阀79是对第三流路13进行开闭的开闭阀(流路开闭部)。
在第四流路14中,彼此并联地配置有散热器26、第一温度调整对象设备80及第二温度调整对象设备81。在第四流路14中的比散热器26靠切换阀21侧的部位,经由三通阀29连接有旁通流路28的一端侧。在第四流路14中的比散热器26靠集合分配用流路22侧的部位连接有旁通流路28的另一端侧。
在第五流路15中配置有第三温度调整对象设备82。第三温度调整对象设备82的容许温度比第一温度调整对象设备80及第二温度调整对象设备81的容许温度低。
在第六流路16中配置有第二关闭阀83。第二关闭阀83是对第六流路16进行开闭的开闭阀(流路开闭部)。
说明上述结构的动作。在低外部气体温度下的供暖时,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第一出口21c与第二出口21d之间的位置,第一关闭阀79开阀,第二关闭阀83闭阀。
由此,第一~第三温度调整对象设备80-82的废热及由散热器26吸热了的外部气体的热量由冷却机31回收,通过制冷循环系统40的热泵运转而向冷凝器32侧汲取热量,从冷凝器32向冷却水导热,内部气体与冷却水经由加热器芯33进行热交换,从而对车室内进行供暖。
在第一流路11的冷却水的温度高于第三温度调整对象设备82的容许温度的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第二出口21d与第三出口21e之间的位置,第一关闭阀79闭阀,第二关闭阀83也闭阀。
由此,能利用由冷却机31冷却了的冷却水对第三温度调整对象设备82进行冷却。而且,能利用散热器26对冷凝器32、第一温度调整对象设备80及第二温度调整对象设备81的排热进行散热,从而将冷凝器32、第一温度调整对象设备80及第二温度调整对象设备81冷却。
在夏季等需要制冷的情况下,切换阀21的阀芯212被旋转操作至第四出口21f与第二入口21b之间的位置,第一关闭阀79闭阀,第二关闭阀83开阀。由此,能利用由冷却机31冷却了的冷却水对冷却器芯78进行冷却,因此能对车室内进行制冷。
(第七实施方式)
在本第七实施方式中,如图25所示,相对于上述第一实施方式而言,追加储存箱85。
储存箱85经由第一连接流路86与第一流路11及第二流路12连接。第一连接流路86在储存箱85的相反侧分支为两个,连接于第一流路11中的散热器26与第一泵23之间的部位和第二流路12中的冷却机31与第二泵24之间的部位。
储存箱85经由第二连接流路87连接于第一流路11中的第一泵23与切换阀21之间的部位。
储存箱85是用于贮存冷却水的大气开放式的容器(热介质贮存部)。通过预先在储存箱85贮存多余冷却水,能抑制在各流路中循环的冷却水的液量的降低。储存箱85具有将混入到冷却水中的气泡气液分离的功能。
在第一连接流路86中的分支为两个的部位86a、86b分别配置有负压阀88。在第二连接流路87中配置有加压阀89。
负压阀88在流路的内部压力为大气压以上的情况下闭阀,在流路的内部压力成为小于大气压时开阀。因此,当第一冷却水循环回路的内部压力成为小于大气压时,储存箱85的冷却水向第一冷却水循环回路供给,当第二冷却水循环回路的内部压力成为小于大气压时,储存箱85的冷却水向第二冷却水循环回路供给。
加压阀89在流路的内部压力小于比大气压大的设定压力(在本例中为108kPa)的情况下闭阀,在流路的内部压力成为设定压力以上时开阀。因此,当第一冷却水循环回路的内部压力成为设定压力以上时,第一冷却水循环回路的冷却水向储存箱85排出。
根据本实施方式,储存箱85经由负压阀88与第一流路11连接,因此,在伴随第一冷却水循环回路的冷却水的温度降低而冷却水的体积收缩、第一冷却水循环回路的压力成为小于第一规定压力(在本例中为大气压)的情况下,能从储存箱85向第一冷却水循环回路供给冷却水。
另外,储存箱85经由加压阀89与第一流路11连接,因此,在伴随第一冷却水循环回路的冷却水的温度上升而冷却水的体积膨胀、第一冷却水循环回路的压力成为第二规定压力(在本例中为比大气压大的设定压力)以上的情况下,能将第一冷却水循环回路的冷却水向储存箱85排出。根据以上情况,能将第一冷却水循环回路的压力维持在适当范围内。
储存箱85经由负压阀88与形成第二冷却水循环回路的第二流路12连接,因此,在第二冷却水循环回路的压力成为小于第一规定压力(在本例中为大气压)的情况下,能从储存箱85向第二冷却水循环回路供给冷却水。
储存箱85在第一冷却水循环回路中连接于比散热器26靠冷却水流动下游侧且为第一泵23的吸入侧处,因此,第一泵23的吸入侧的压力成为大气压左右。因此,能防止第一泵23的吸入侧的压力成为负压而产生气穴或冷却水软管被压扁而压力损失增大。
储存箱85在第二冷却水循环回路中连接于比冷却机31靠冷却水流动下游侧且为第二泵24的吸入侧处,因此,第二泵24的吸入侧的压力成为大气压左右。因此,能防止第二泵24的吸入侧的压力成为负压而产生气穴或冷却水软管被压扁而压力损失增大。
另外,第二冷却水循环回路经由集合分配用流路22与第一冷却水循环回路连通,因此,在伴随第二冷却水循环回路的冷却水的温度上升而冷却水的体积膨胀、第二冷却水循环回路的压力上升的情况下,第一冷却水循环回路的压力也上升。其结果是,在第一冷却水循环回路的压力成为第二规定压力(在本例中为比大气压大的设定压力)以上的情况下,第一冷却水循环回路的冷却水向储存箱85排出。根据以上情况,也能将第二冷却水循环回路的压力维持在适当范围内。
集合分配用流路22形成于比切换阀21靠冷却水流动下游侧(泵吸入侧),因此,在第一泵23的扬程比第二泵24的扬程低的运转状况的情况下,能防止在第二冷却水循环回路中产生成为负压的部位。以下,说明其理由。
为了容易理解,在此,假定第一泵23停止、第二泵24以规定的扬程工作的运转状况进行说明。
在第一泵23停止的情况下,在第一冷却水循环回路连接有大气开放式的储存箱85,因此,第一冷却水循环回路的任何部位的压力均为大气压左右。此时,由于第一泵23的扬程与第二泵24的扬程存在差异,因此,在第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路产生压力差。因此,在切换阀21产生内部冷却水泄漏。
在切换阀21产生内部冷却水泄漏时,在切换阀21中,在第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路之间,在压力成为均等的方向上产生冷却水的进出。
在此,当考虑第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路未经由集合分配用流路22连通的情况时,第一冷却水循环回路及第二冷却水循环回路的压力在冷却水的进出量最多的切换阀21中被均等化。如上所述,在第一冷却水循环回路连接有大气开放式的储存箱85,因此,在第一泵23停止的情况下,第一冷却水循环回路的任何部位的压力均为大气压左右。因此,就第二冷却水循环回路的压力而言,由于切换阀21的压力成为大气压左右,因此,第二泵24的喷出侧处的压力也成为大气压左右。
于是,第二泵24的吸入侧的压力成为从第二泵24的喷出侧的压力减去泵扬程量的压力,因此,第二泵24的吸入侧的压力成为负压。
这样,在第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路未经由集合分配用流路22连通的情况下,当第一泵23的扬程与第二泵24的扬程存在差异时,存在第二泵24的吸入侧的压力成为负压而产生气穴的可能性。
关于该点,在本实施方式中,由于经由形成于比切换阀21靠冷却水流动下游侧(泵吸入侧)的集合分配用流路22将第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路连通,因此,第一冷却水循环回路与第二冷却水循环回路之间的冷却水的进出量在集合分配用流路22处最多。
因此,第一冷却水循环回路及第二冷却水循环回路的压力在冷却水的进出量最多的集合分配用流路22中被均等化。其结果是,就第二冷却水循环回路的压力而言,第二切换阀22处的压力成为大气压左右,因此,第二泵24的吸入侧处的压力也成为大气压左右。因此,能避免第二泵24的吸入侧的压力成为负压。
(第八实施方式)
在上述第一实施方式中,切换阀21的阀芯212被旋转驱动,但在本第八实施方式中,如图26所示,切换阀21的阀芯212被直线驱动。
在阀芯212固定有轴217。轴217向外壳211的外部突出,与齿条218及小齿轮219连结。小齿轮219由电动促动器旋转驱动。
电动促动器的旋转驱动力经由齿条218及小齿轮219被转换为直线驱动力而向轴217传递,从而阀芯212被直线驱动。
在外壳211上,沿阀芯212的驱动方向依次地排列形成有第一入口21a、第一出口21c、第二出口21d、第三出口21e、第四出口21f、第二入口21b。因此,基于阀芯212的操作位置,切换第一、第二入口21a、21b与第一~第四出口21c-21f的连通状态。
例如,在阀芯212被旋转操作至图3所示的位置的情况下,第一入口21a与第一、第二出口21c、21d连通,第二入口21b与第三、第四出口21e、21f连通。
(其他实施方式)
本发明不限定于上述实施方式,能如以下那样进行各种变形。
(1)作为温度调整对象设备,可以使用各种设备。例如,也可以使用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·加热的热交换器作为温度调整对象设备。温度调整对象设备的个数是多个(两个以上)即可,可以是任意个。
(2)在上述各实施方式中,也可以通过使冷却水间歇地在温度调整对象设备中循环来控制相对于温度调整对象设备的热交换能力。
(3)在上述实施方式中,作为对冷却水进行冷却的冷却器,使用利用制冷循环系统40的低压冷媒对冷却水进行冷却的冷却机31,但也可以使用帕尔贴元件作为冷却器。
(4)在上述各实施方式中,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。
(5)作为冷却水(热介质),也可以使用纳米流体。所谓纳米流体是混入了粒子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,除了能获得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之外,还能获得如下那样的作用效果。
即,能获得提高特定的温度带下的热传导率的作用效果、使冷却水的热容量增加的作用效果、金属配管的防腐蚀效果、防止橡胶配管的劣化的作用效果及提高极低温度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构成、粒子形状、配合比率、附加物质而发生各种各样的变化。
由此,由于能提高热传导率,因此,与使用了乙二醇的冷却水相比较,即使为少量的冷却水,也能获得同等的冷却效率。
另外,由于能使冷却水的热容量增加,因此,能使冷却水自身的蓄冷热量(基于显热的蓄冷热)增加。
纳米粒子的纵横比优选为50以上。因为这样能获得充分的热传导率。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。
作为纳米粒子,可以使用包含Au、Ag、Cu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,可以使用Au纳米粒子、Ag纳米线、CNT(碳钠米管)、石墨烯、石墨核壳型纳米粒子(以包围上述原子的昂首具有碳钠米管等的结构体那样的粒子体)及含有Au纳米粒子CNT等。
(6)在上述各实施方式的制冷循环系统40中,使用氟利昂系冷媒作为冷媒,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、烃系冷媒等。
另外,上述各实施方式的制冷循环系统40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,但也可以构成高压侧冷媒压力超过冷媒的临界压力的超临界制冷循环系统。
(7)在上述各实施方式中,示出了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,但也能将本发明应用于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、将燃料电池作为行驶用能量产生部的燃料电池机动车等。
(8)在上述各实施方式中,说明了使用门式的阀芯作为切换阀21的阀芯212的例子,但也可以使用旋转阀、蝶形阀等的阀芯作为切换阀21的阀芯。
(9)在上述各实施方式中,切换阀21通过阀芯212的移动来切换第一、第二入口21a、21b与第一~第四出口21c-21f的连通状态,但切换阀21也可以通过具有分别对第一、第二入口21a、21b及第一~第四出口21c-21f进行开闭的多个开闭阀而利用多个开闭阀的开闭动作来切换第一、第二入口21a、21b与第一~第四出口21c-21f的连通状态。
(10)在上述第一实施方式中,基于由冷却水温度传感器55检测到的冷却水温度来切换动作模式,但也可以基于第一冷却水循环回路中的冷却水温度的推定温度或预测温度来切换动作模式。

Claims (18)

1.一种车辆用热量管理系统,其中,具备:
吸入并喷出热介质的第一泵(23)及第二泵(24);
通过与所述热介质进行热交换而使所述热介质的温度变化的第一热交换器(26)及第二热交换器(31);
通过所述热介质而被调整温度的一个以上的温度调整对象设备(32、33、34、35、36、37);
供所述热介质流通的多个流路(11、12、13、14、15、16),其包括配置有所述第一泵(23)的第一泵配置流路(11)、配置有所述第二泵(24)的第二泵配置流路(12)、以及配置有所述一个以上的温度调整对象设备(32-37)中的任一个温度调整对象设备的温度调整对象设备配置流路(13、14、15、16);
切换部(21),所述多个流路(11-16)的一端侧与该切换部(21)连接,且该切换部(21)选择性地使所述多个流路(11-16)彼此连通;
连通流路(22),所述多个流路(11-16)的另一端侧彼此并联地与该连通流路(22)连接,且该连通流路(22)使所述多个流路(11-16)彼此连通,
所述第一泵配置流路(11)、所述温度调整对象设备配置流路(13-16)及所述第二泵配置流路(12)从所述连通流路(22)的一端侧朝向另一端侧依次与所述连通流路(22)连接,
所述第一热交换器(26)配置于所述多个流路(11-16)中的、在下述位置与所述连通流路(22)连接的流路(11)中,所述位置是比配置有所述第二热交换器(31)的流路(12)靠所述第一泵配置流路(11)侧的位置,
所述切换部(21)以使多条流路彼此连通的方式进行动作,所述多条流路是从所述多个流路(11-16)中的在最靠所述一端侧的位置与所述连通流路(22)连接的流路(11)到所述多个流路(11-16)中的从所述一端侧数起第任意个与所述连通流路(22)连接的流路这多条流路。
2.根据权利要求1所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述切换部(21)以下述方式进行动作:使所述多条流路中包括所述第一泵配置流路(11),且所述多个流路(11-16)中的所述多条流路以外的流路中包括所述第二泵配置流路(12)。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用热量管理系统,其中,
具备多个所述温度调整对象设备配置流路(13、14、15、16),
所述温度调整对象设备(32、33、34、35、36、37)分别配置于所述温度调整对象设备配置流路(13、14、15、16)中,
配置于所述多个温度调整对象设备配置流路(13、14、15、16)中的位于所述连通通路(22)的所述一端侧的温度调整对象设备配置流路中的所述温度调整对象设备的容许温度,为配置于所述多个温度调整对象设备配置流路(13、14、15、16)中的位于所述另一端侧的温度调整对象设备配置流路中的所述温度调整对象设备的容许温度以上。
4.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,
通过所述第一泵(23)、所述第一热交换器(26)和所述温度调整对象设备(32-37)连通,从而所述多条流路形成第一热介质回路,并且通过所述多个流路(11-16)中的、所述多条流路以外的包括所述第二泵配置流路(12)的两个以上的流路彼此连通,从而形成第二热介质回路,在该情况下,
在检测或推定出所述第一热介质回路中的热介质的温度超过了规定温度时,或预测出所述第一热介质回路中的热介质的温度会超过规定温度时,所述切换部(21)以使所述第二泵(24)、所述第二热交换器(31)和所述温度调整对象设备(32-37)连通而形成第二热介质回路的方式进行动作。
5.根据权利要求4所述的车辆用热量管理系统,其中,
构成所述第一热介质回路的所述温度调整对象设备(32-37)中的至少一个构成所述第二热介质回路。
6.根据权利要求4所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述一个以上的温度调整对象设备包括通电时发热的电气设备(35),
所述第一热交换器是使空气与所述热介质进行热交换的空气热介质热交换器(26)。
7.根据权利要求4所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述一个以上的温度调整对象设备包括用于利用所述热介质对电池进行冷却的电池冷却器(36),
所述第一热交换器是使空气与所述热介质进行热交换的空气热介质热交换器(26),
所述第二热交换器是使制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31)。
8.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,
所述一个以上的温度调整对象设备包括:使制冷循环系统(40)的高压冷媒与所述热介质进行热交换的冷凝器(32)、将直流电力转换为交流电力的逆变器(35)、以及用于利用所述热介质对电池进行冷却的电池冷却器(36),
所述第一热交换器是使空气与所述热介质进行热交换的空气热介质热交换器(26),
所述空气热介质热交换器(26)配置于所述第一泵配置流路(11)中,
所述第二热交换器是使所述制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31),
所述冷却机(31)配置于所述第二泵配置流路(12)中,
在将所述多个流路(11-16)中的配置有所述冷凝器(32)的流路作为冷凝器配置流路(13)、
将所述多个流路(11-16)中的配置有所述逆变器(35)的流路作为逆变器配置流路(15)、
将所述多个流路(11-16)中的配置有所述电池冷却器(36)的流路作为电池冷却器配置流路(16)时,
所述第一泵配置流路(11)、所述冷凝器配置流路(13)、所述逆变器配置流路(15)、所述电池冷却器配置流路(16)及所述第二泵配置流路(12)从所述连通流路(22)的一端侧朝向另一端侧依次与所述连通流路(22)连接。
9.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,
所述温度调整对象设备配置流路包括所述冷凝器配置流路(13)、所述逆变器配置流路(15)以及电池冷却器配置流路(16),所述流路从所述连通流路(22)的一端侧朝向另一端侧按照所述冷凝器配置流路(13)、所述逆变器配置流路(15)、电池冷却器配置流路(16)的顺序与所述连通流路(22)连接。
10.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,
所述第一热交换器是使空气与所述热介质进行热交换的空气热介质热交换器(26),
在推定或判定为所述第一泵(23)及所述第二泵(24)中的一方的泵产生了异常的情况下,所述切换部(21)以使所述温度调整对象设备(32-37)与所述第一泵(23)及所述第二泵(24)中的另一方的泵、以及所述热介质空气热交换器连通的方式进行动作。
11.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,具备:
旁通流路(28),其与所述多个流路(11-16)中的配置有所述第一热交换器(26)的流路连接,使所述热介质绕过所述第一热交换器(26)而流动;
阀芯(29),其对所述热介质在所述第一热交换器(26)中流动的情况和所述热介质在所述旁通流路(28)中流动的情况进行切换,
所述一个以上的温度调整对象设备(32-37)包括:使所述制冷循环系统(40)的高压冷媒与所述热介质进行热交换的冷凝器(32)、使所述热介质与向车室内输送的送风空气进行热交换的加热器芯(33)、以及通过所述热介质而被冷却的冷却对象设备(34、35、36),
所述第一热交换器是使空气与所述热介质进行热交换的空气热介质热交换器(26),
所述第二热交换器是使所述制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31),
所述切换部(21)以使所述冷却机(31)与所述冷却对象设备(34、35、36)连通且所述冷凝器(32)、所述加热器芯(33)与所述空气热介质热交换器(26)连通的方式进行动作,并且所述阀芯(29)以使所述热介质在所述旁通流路(28)中流动的方式进行动作。
12.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,
所述一个以上的温度调整对象设备包括:使所述制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31)、用于对能够蓄积冷能的蓄冷器(103)进行冷却或加温的蓄冷器用热交换器(36)、以及利用所述热介质对通过冷凝器(32)冷却了的冷媒进行过冷却的冷媒过冷却热交换器(37),所述冷凝器使所述制冷循环系统(40)的高压冷媒与所述热介质进行热交换,
在所述蓄冷器(103)中蓄积有冷能的情况下,所述切换部(21)以使所述蓄冷器用热交换器(36)与所述冷媒过冷却热交换器(37)连通的方式进行动作。
13.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,
所述一个以上的温度调整对象设备包括:内燃机(60)、使油与所述热介质进行热交换的油热介质热交换器(34)、使向车室内输送的送风空气与所述热介质进行热交换而对所述送风空气进行加热的加热器芯(33)、使被所述内燃机(60)吸入的增压吸气与所述热介质进行热交换的中间冷却器(64)、以及将直流电力转换为交流电力的逆变器(35),
所述第一热交换器(26)及所述第二热交换器(61)是使所述热介质与外部气体进行热交换的散热器。
14.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,
所述一个以上的温度调整对象设备包括:使所述制冷循环系统(40)的高压冷媒与所述热介质进行热交换的冷凝器(32)、使向车室内输送的送风空气与所述热介质进行热交换而对所述送风空气进行加热的加热器芯(33)、将直流电力转换为交流电力的逆变器(35)、用于利用所述热介质对电池进行冷却的电池冷却器(36)、以及使为了换气而向车外放出的车室内空气与所述热介质进行热交换的换气时排出热回收热交换器(66),
所述第一热交换器是使所述热介质与外部气体进行热交换的散热器(26),
所述第二热交换器是使所述制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31)。
15.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,
所述一个以上的温度调整对象设备(32-37)包括:使被内燃机吸入的增压吸气与所述热介质进行热交换的中间冷却器(64)、将直流电力转换为交流电力的逆变器(35)、以及用于利用所述热介质对电池进行冷却的电池冷却器(36),
所述第一热交换器是使外部气体与所述热介质进行热交换的第一散热器(71),
所述第二热交换器是使外部气体与所述热介质进行热交换的第二散热器(72),
所述第二散热器(72)相对于所述第一散热器(71)配置在外部气体流动上游侧或者相对于所述第一散热器(71)配置在铅垂下方侧。
16.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,
所述第一热交换器是使外部气体与所述热介质进行热交换的散热器(26),
所述温度调整对象设备(80、81)与所述散热器(26)彼此并联地配置在所述温度调整对象设备配置流路(13-16)中。
17.根据权利要求14所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述第一热交换器是使所述热介质与外部气体进行热交换的散热器(26),
所述第二热交换器是使所述制冷循环系统(40)的低压冷媒与所述热介质进行热交换的冷却机(31),
所述散热器(26)配置于所述第一泵配置流路(11)中,
所述冷却机(31)配置于所述第二泵配置流路(12)中。
18.根据权利要求1~15中任一项所述的车辆用热量管理系统,其中,
所述切换部(21)具有在内部形成有冷却水流路的外壳(211)、收容于所述外壳(211)内的阀芯(212)、以及固定于所述阀芯(212)上的旋转轴(213),
所述阀芯(212)是将所述外壳(211)的内部空间分隔为两个空间的板状的阀芯或者是将所述外壳(211)的内部空间分隔为两个空间的旋转式阀芯,
所述多个流路(11-16)沿所述阀芯(212)的旋转方向排列连接于所述外壳(211)。
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