JP2017128223A - 車両用冷却液加熱装置及び車両用冷却液加熱プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器の除霜を可能にすることを目的とする。【解決手段】コンプレッサ３２により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクル４０に含まれる水冷コンデンサ２８及び少なくとも１つの機器２６の各々に冷却水を循環させるための第２温水回路１４と、冷却水が循環し、かつ外気から冷媒サイクル４０の冷媒に直接的または間接的に吸熱する第２ラジエタ３６及びチラー４２と、第２温水回路１４と第２ラジエタ３６及びチラー４２とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える４方弁３４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン等の機関を循環する冷却液を加熱して暖房の熱源として利用可能な車両用冷却液加熱装置及び車両用冷却液加熱プログラムに関する。

特許文献１では、蒸発器と凝縮器とを有する冷媒サイクルに対して、液体を循環させて冷媒の熱を熱交換器で液体に受熱または吸熱させる空調装置が提案されている。具体的には、夏季は、蒸発器と空調用ラジエタとの間、及び凝縮器と外側ラジエタとの間の各々で液体を循環し、冬季は、蒸発器と外側ラジエタとの間、及び凝縮器と空調用ラジエタとの間の各々で液体を循環させる空調装置が開示されている。

特開平６−２１９１５０号公報

しかしながら、特許文献１では、冬季は外側ラジエタにより外気から吸熱することで冷媒サイクルの冷媒を加熱するが、冷媒の温度や外気温等により外側ラジエタに霜が発生して、冷媒を十分加熱できなくなってしまう場合があるため、改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器の除霜を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも１つの被加熱機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液回路と、冷却液が循環し、かつ外気から前記冷媒サイクルの冷媒に直接的または間接的に吸熱する吸熱用熱交換器と、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える切替部を制御する制御部と、を備える。

請求項１に記載の発明によれば、冷却液回路では、圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも１つの被加熱機器の各々に冷却液を循環させる。すなわち、冷媒サイクルがヒートポンプとして機能し、冷媒サイクルで発生した熱により冷却液を加熱し、加熱された冷却液により被加熱機器を加熱することが可能とされている。被加熱機器としては、例えば、ヒータコアを適用することができ、冷媒サイクルによって発生した熱により暖房することが可能となる。

吸熱用熱交換器は、冷却液が循環され、かつ外気から冷媒サイクルの冷媒に、直接的または間接的に吸熱される。

そして、制御部では、冷却液回路と吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える切替部が制御される。これにより、吸熱用熱交換器に霜が発生した場合に、切替部によって冷却液回路と吸熱用熱交換器とを連通状態に切替えることができ、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することが可能となる。

なお、請求項２に記載の発明のように、冷却液を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液循環回路を更に備え、制御部が、冷却液回路と冷却液循環回路とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える液回路切替部を更に制御してもよい。これにより、冷却液回路の冷却液の熱で吸熱用熱交換器の除霜が完了しない場合でも、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することが可能となり、効率的な除霜が可能となる。また、冷却液回路の冷却液の熱で除霜を完了できない場合に、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して除霜するようにすれば、冷却液回路の冷却液の熱で除霜が完了した場合に冷却液循環回路の冷却液の熱が温存され、暖機運転機器の暖機運転時間を短縮できる。尚、加熱機器と暖気運転機器の両者を兼ね備えた一つの機器で代用することも可能であり、この場合に各々に冷却液を循環させるとは、この兼ね備えた機器に冷却液を循環させることを意味する。

また、請求項３に記載の発明のように、外気温を検出する外気温検出部と、吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、制御部が、外気温検出部及び液温度検出部の各々の検出結果に基づいて吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、冷却液回路と吸熱用熱交換器とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように切替部及び循環部を制御してもよい。これにより、吸熱用熱交換器の除霜が必要な場合には、制御部が切替部を制御することで、冷却液回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、外気温を検出する外気温検出部と、吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、制御部が、外気温検出部及び液温度検出部の各々の検出結果に基づいて吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、冷却液回路と吸熱用熱交換器とが連通状態となり、かつ冷却液が循環するように切替部及び循環部を制御した後に、除霜が完了しない場合に、冷却液回路と冷却液循環回路とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように液回路切替部及び循環部を制御してもよい。これにより、冷却液回路の冷却液の熱だけでは除霜が完了しない場合に、制御部が液回路切替部を制御することで、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することができる。また、冷却液回路の冷却液の熱で除霜を完了できない場合に、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して除霜するので、冷却液循環回路の冷却液の熱が温存され、暖機運転機器の暖機運転時間を短縮できる。

また、請求項５に記載の発明のように、液温度検出部が、吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出し、制御部が、外気温検出部の検出結果が予め定めた温度より低く、かつ外気温検出部の検出結果と液温度検出部の検出結果とから計算される吸熱用熱交換器の着霜量の値が予め定めた値より大きい場合に、除霜が必要と判断してもよい。

また、請求項６に記載の発明のように、液温度検出部が、吸熱用熱交換器の入口の冷却液の温度を検出する第１液温度検出部と、吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出する第２液温度検出部と、を有し、制御部が、第１液温度検出部の検出結果と第２液温度検出部の検出結果との差が予め定めた値より大きく、かつ第２液温度検出部の検出結果が予め定めた値より小さい場合に、除霜が完了していないと判断してもよい。

また、請求項７に記載の発明のように、制御部は、イグニッションスイッチがオフされた場合に、除霜要否を判断して制御を行ってもよい。

なお、本発明は、請求項８に記載の発明のように、コンピュータを、請求項１〜７の何れか１項に記載の制御部として機能させるための車両用冷却液加熱プログラムとしてもよい。

以上説明したように本発明によれば、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器の除霜が可能となる、という効果がある。

第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御系の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置のヒートポンプ運転時の動作状態を示す図である。 第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置のヒートポンプを停止した通常暖房時（エンジンの熱が余剰になった場合）の動作状態を示す図である。 第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の除霜運転時の動作状態を示す図である。 第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０は、冷却液としての冷却水を循環させるための温水回路を複数備えている。具体的には、本実施形態では、図１に示すように、冷却液循環回路としての第１温水回路１２、及び冷却液回路としての第２温水回路１４を備えた例を説明する。

第１温水回路１２は、加熱機器及び暖機運転機器としてのエンジン１６を冷却水が循環する循環路であり、循環部としてのエンジンウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２０によって冷却水が循環される。エンジン１６内は、ウォータジャケット内を冷却水が循環する。詳細には、第１温水回路１２には、冷却水の熱を放熱する熱交換器としての第１ラジエタ１８がサーモスタット２２を介して接続されて、サーモスタット２２の開閉に応じて第１ラジエタ１８へ冷却水が循環される。すなわち、冷却水の冷却が必要となる予め定めた温度以下では、サーモスタット２２が閉鎖状態となり、第１ラジエタ１８への冷却水の循環が行われず、バイパス経路ＢＰを冷却水が流れることでエンジン１６内を冷却水が循環する。そして、冷却水の温度が予め定めた温度を超えた場合に、サーモスタット２２が開放されて第１ラジエタ１８へ冷却水が循環されて放熱される。なお、第１温水回路１２のエンジンウォータポンプ２０は、エンジン１６の駆動によって動作する機械式のウォータポンプを適用してもよいし、電気的に動作する電動ウォータポンプを適用してもよい。本実施形態では、電気式のウォータポンプを適用した例として説明する。また、サーモスタット２２についても電気式のものを適用してもよいし、機械式のものを適用してもよい。なお、第１温水回路１２には、冷却水の温度を検出する水温センサ（図示省略）が設けられている。水温センサは、例えば、エンジンブロックや、エンジンブロックに接続された循環路、サーモスタット２２が収納されるサーモスタットハウジング等に設けられる。

一方、第２温水回路１４は、車両に搭載された各種機器を冷却水が循環する循環路であり、冷却水と熱交換可能な機器が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、発熱機器２４、被加熱機器としての機器２６、及び放熱用熱交換器としての水冷コンデンサ２８の３つの機器が第２温水回路１４に設けられた例を示す。なお、発熱機器２４として、例えば、排熱回収器や、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）、機器２６として車室内を暖房するためのヒータコアを一例として適用することができる。

また、第２温水回路１４は、液回路切替部としての第１電磁弁３０を介して第１温水回路に接続されており、第１電磁弁３０によって第１温水回路１２と第２温水回路１４とが連通状態及び遮断状態の何れかに選択的に切替可能とされている。

また、第２温水回路１４においても、循環部としてのウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３２が設けられており、第２温水回路１４内の冷却水の循環がウォータポンプ３２を駆動することにより行われる。特に、第１電磁弁３０によって第１温水回路１２と第２温水回路１４とが遮断状態とされた場合に、ウォータポンプ３２によって第２温水回路１４内の冷却水の循環が行われる。第１電磁弁３０が連通状態の場合には、エンジンウォータポンプ２０によって冷却水を循環可能であるので、ウォータポンプ３２は駆動してもしなくてもよい。

水冷コンデンサ２８は、後述する冷媒サイクル４０に含まれる熱交換器であり、水冷コンデンサ２８によって冷却水の加熱が可能とされている。

また、第２温水回路１４には、切替部としての４方弁３４を介して第２ラジエタ３６が接続され、冷却水が第２ラジエタ３６へ循環可能とされている。すなわち、４方弁３４によって第２温水回路１４と第２ラジエタ３６とが連通状態及び遮断状態の何れかに選択的に切替可能とされている。

また、第２ラジエタ３６への循環路にはウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３８及び冷媒サイクル４０に含まれるチラー４２が設けられており、４方弁３４が閉鎖されていても第２ラジエタ３６及びチラー４２を通る循環路中の冷却水の循環が可能とされている。なお、第２ラジエタ３６は４方弁３４の切り替え位置によって加熱用、吸熱用交換器に対応し、チラー４２は吸熱用熱交換器に対応する。

また、第２ラジエタ３６または第２ラジエタ３６の循環路には、第２ラジエタ３６の入口の水温を検出する第１水温センサ５６、及び第２ラジエタ３６の出口の水温を検出する第２水温センサ５８が設けられている。なお、第１水温センサ５６及び第２水温センサ５８は液温度検出部に対応し、第１水温センサ５６は第１液温度検出部に対応し、第２水温センサ５８は第２液温度検出部に対応する。

冷媒サイクル４０は、チラー４２、圧縮機としてのコンプレッサ４４、水冷コンデンサ２８、第２電磁弁４６、第１膨張弁４８、エバポレータ５０、第３電磁弁５２、及び第２膨張弁５４を含み、ヒートポンプとして機能可能とされている。本実施形態では、第２電磁弁４６を閉鎖して第３電磁弁５２を開放することでヒートポンプとして機能する。すなわち、コンプレッサ４４によって冷媒を圧縮し、水冷コンデンサ２８で凝縮、第２膨張弁５４により凝縮された冷媒を膨張して冷媒を循環させることで、圧縮された冷媒の熱を水冷コンデンサ２８で放熱して冷却水が加熱される。また、膨張された冷媒にチラー４２で冷却水から熱を吸熱させることで冷却水が冷却される。

図２は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０の制御系の構成を示すブロック図である。

本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０は、上述のエンジンウォータポンプ（以下、ＥＮＧウォータポンプ）２０、ウォータポンプ３２、３８、第１電磁弁３０、第２電磁弁４６、第３電磁弁５２、及び４方弁３４等を制御する制御部６０を備えている。

制御部６０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータで構成されている。

制御部６０には、上述の第１水温センサ５６、第２水温センサ５８、外気温センサ６２、ＥＮＧウォータポンプ２０、ウォータポンプ３２、３８、４方弁用アクチュエータ６４、電磁弁用アクチュエータ６６、及びコンプレッサ４４が接続されている。なお、電磁弁用アクチュエータ６６は、図２では１つのみを示すが、第１電磁弁３０、第２電磁弁４６、及び第３電磁弁５２のそれぞれに対応して設けられているものとする。

第１水温センサ５６は、上述のように、第２ラジエタ３６の入口の水温を検出し、第２水温センサ５８は、第２ラジエタ３６の出口の水温を検出し、外気温センサ６２は、外気温を検出し、それぞれ検出結果を制御部６０に出力する。なお、外気温センサ６２は外気温検出部に対応する。また、本実施形態では、外気温センサ６２が制御部６０に直接接続された例を示すが、空調装置等の他の装置を介して外気温の検出結果を取得してもよい。

ＥＮＧウォータポンプ２０は、上述したように、エンジン１６に設けられ、駆動されることにより、循環路に沿って冷却水を循環させる。

ウォータポンプ３２は、駆動されることにより、第２温水回路１４の冷却水を循環させ、ウォータポンプ３８は、駆動されることにより、第２ラジエタ３６を通る循環路の冷却水を循環させる。

４方弁用アクチュエータ６４は、４方弁３４の開放及び閉鎖を駆動するためのアクチュエータであり、駆動されることにより、第２温水回路１４と第２ラジエタ３６との連通状態と遮断状態との切替が行われる。

電磁弁用アクチュエータ６６は、第１電磁弁３０、第２電磁弁４６、及び第３電磁弁５２のそれぞれの開放及び閉鎖を駆動するためのアクチュエータであり、それぞれの電磁弁が設けられた経路の連通状態と遮断状態との切替が行われる。

コンプレッサ４４は、駆動されることにより、冷媒サイクル４０の冷媒を圧縮および循環させ、冷媒サイクル４０をヒートポンプとして機能させることが可能とされている。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０の動作例について説明する。

まず、冷媒サイクル４０をヒートポンプとして機能させるヒートポンプ運転について説明する。図３は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０のヒートポンプ運転時の動作状態を示す図である。なお、図３では、ヒートポンプ運転時に冷却液が循環している部分を太線で示す。

ヒートポンプ運転は、例えば、暖機運転時等に実施し、図３に示すように、第１電磁弁３０、４方弁３４、及び第２電磁弁４６を閉鎖すると共に、第３電磁弁５２を開放する。

冷媒サイクル４０は、コンプレッサ４４を作動することで、冷媒がチラー４２で冷却水から吸熱し、水冷コンデンサ２８で冷却水を加熱する。

冷却水側は、チラー４２で熱を奪われた冷却水が第２ラジエタ３６で外気から吸熱し、再びチラー４２に戻って冷却水から冷媒に放熱される。

第２温水回路１４では、水冷コンデンサ２８で加熱された冷却水は、発熱機器２４で受熱して、ウォータポンプ３２を介して機器２６で加熱し、再び水冷コンデンサ２８へと循環する。

第１温水回路１２では、エンジン１６とバイパス経路ＢＰを冷却水が循環する。図３の状態では、サーモスタット２２は閉じた状態とされ、第１ラジエタ１８に冷却水は循環していない。

第２ラジエタ３６では、外気から冷却水が吸熱するので、外気空気中に含まれる水分が霜となって、第２ラジエタ３６の表面に付着し、連続運転によって霜が成長していく。

図４は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０のヒートポンプを停止した通常暖房時（エンジン１６の熱が余剰になった場合）の動作状態を示す図である。なお、図４では、通常暖房時に冷却水が循環している部分を太線で示す。

第１温水回路１２の水温が十分に上昇し、エンジン１６の熱が余剰になった場合は、図４に示すように、第１電磁弁３０を開放し、第１温水回路１２及び第２温水回路１４を連通状態にする。冷却水は、エンジン１６、発熱機器２４、及び機器２６を循環する。このとき、冷媒サイクル４０は停止し、第２ラジエタ３６の冷却水を循環するウォータポンプ３８も停止する。

図５は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０の除霜運転時の動作状態を示す図である。なお、図５では、除霜運転時に冷却水が循環している部分を太線で示す。

本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされ、走行が終了したと判断されて除霜が必要な場合に、第１電磁弁３０を作動して第１温水回路１２と第２温水回路１４とを遮断状態にする。また、４方弁３４を作動して第２温水回路１４と第２ラジエタ３６とを連通状態とする（第１除霜モード）。そして、ウォータポンプ３２、３８の少なくとも一方を作動して、第２温水回路１４の冷却水を第２ラジエタ３６に循環させる。第２温水回路１４を流れる冷却水の温度は、６０℃程度に設定されており、その顕熱を使用して第２ラジエタ３６の除霜を行う。すなわち、本実施形態では、４方弁３４を備えて第１除霜モードで第２温水回路１４と第２ラジエタ３６とを連通可能にすることで、冷却水の熱を利用した第２ラジエタ３６の除霜を可能にしている。なお、本実施形態では、第１水温センサ５６及び第２水温センサ５８の検出結果に基づいて、除霜完了を判断するようになっている。

第２温水回路１４を循環する冷却水の温度が、例えば、０℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、本実施形態では、第１電磁弁３０を開放して、第１温水回路１２と第２温水回路１４とを連通状態にして第１温水回路１２の冷却水の熱を用いて除霜を行う（第２除霜モード）。すなわち、本実施形態では、４方弁３４に加えて第１電磁弁３４を更に備え、第２ラジエタ３６が連通された第２温水回路１４と第１温水回路１２とを連通可能にすることで、第１温水回路１２の冷却液の熱を利用した第２ラジエタ３６の除霜を可能にしている。なお、第２除霜モードでは、ＥＮＧウォータポンプ２０、及びウォータポンプ３２、３８の少なくとも１つを作動することで冷却水を循環させる。

本実施形態では、一般的なコンプレッサ動力を使用した除霜ではなく、運転後の残った温水（冷却水）の熱を使用して除霜するため、除霜のためのエネルギ消費をゼロにすることが可能である。換言すれば、放っておけばいずれ冷めてしまう温水の顕熱を有効利用して除霜することができる。

また、第１温水回路１２の冷却水はエンジン１６の内部を循環するため、再始動を考慮してなるべく温度を高い状態に維持しておきたい。そこで、第１除霜モードにより第１温水回路１２の冷却水の熱を温存して除霜を行うことで、再始動時のフリクション低減や、燃焼安定性を良好な状態でエンジン１６を再始動することが可能となる。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０の制御部６０で行われる具体的な処理について説明する。図６は、第１実施形態に係る車両用冷却液加熱装置１０の制御部６０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

ステップ１００では、制御部６０が、外気温センサ６２、第１水温センサ５６、及び第２水温センサ５８の検出結果を取得することにより、外気温（Tamb）及び水温（TWout、TWin)を取得してステップ１０２へ移行する。

ステップ１０２では、制御部６０が、第２ラジエタ３６の着霜量（Gice）を計算してステップ１０４へ移行する。着霜量は、着霜量の値としてGice＝Tamb−TWoutに基づいて計算する。なお、本実施形態では、着霜量の値を外気温と第２ラジエタ３６の出口の冷却水の温度とに基づいて計算するが、これに限るものではなく、例えば、外気温と第２ラジエタ３６を流れる冷却水の温度とに基づいて着霜量に対応する値を計算してもよい。

ステップ１０４では、制御部６０が、第２ラジエタ３６の着霜量が所定値より大きい（Gice＞所定値）か否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、制御部６０が、外気温が所定値より低いか否かを判定する。該判定は、例えば、外気温が低く第２ラジエタ３６の霜が溶ける温度より低いか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ１０８へ移行する。すなわち、ステップ１０４及びステップ１０６で第２ラジエタ３６の除霜の要否を判断する。なお、除霜の要否の判断は、これに限るものではなく、例えば、第２ラジエタの表面温度を検出して表面温度で判断してもよいし、他の条件を用いて判断してもよい。

ステップ１０８では、制御部６０が、イグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフされたか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合には第２ラジエタ３６の除霜が必要と判断してステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０では、制御部６０が第１除霜モードを開始してステップ１１２へ移行する。すなわち、制御部６０が、第１温水回路１２と第２温水回路１４とが遮断状態になるよう第１電磁弁３０を制御すると共に、第２温水回路１４と第２ラジエタ３６とが連通状態になるよう４方弁３４を制御する。そして、ウォータポンプ３２、３８の少なくとも一方を作動する。これにより、図５に示すように、第２温水回路１４と第２ラジエタ３６が接続されて、第２温水回路１４の顕熱を利用して第２ラジエタ３６を除霜することができる。

ステップ１１２では、制御部６０が、第１水温センサ５６の検出結果から第２水温センサ５８の検出結果の差分を算出して所定値（実験等により予め定めた値）より大きいか（TWin-TWout>所定値）を判定する。該判定は、除霜が未完了であるか否かを判定する。第２ラジエタ３６に霜が残っている場合には、第２ラジエタ３６の入口の水温と出口の水温の差が所定値より大きくなるので、所定値より大きいか否かを判定することで除霜が未完了であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合には、ステップ１１４へ移行し、否定された場合にはステップ１２２へ移行する。

ステップ１１４では、制御部６０が、第２水温センサ５８の検出結果が所定値（実験等により予め定めた値）より高い（TWout＞所定値）か否かを判定する。該判定は、第２ラジエタ３６の出口の水温が、霜が溶ける所定値（例えば、５℃）より高いか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ１１６へ移行し、否定された場合にはステップ１１８へ移行する。

ステップ１１６では、制御部６０が、外気温センサ６２、第１水温センサ５６、及び第２水温センサ５８の検出結果を取得することにより、外気温（Tamb）及び水温（TWout、TWin)を取得してステップ１１２に戻って上述の処理を繰り返す。

ステップ１１８では、制御部６０が、第１除霜モード作動中であるか否かを判定し、該判定が肯定された場合にはステップ１２０へ移行し、否定された場合にはステップ１２２へ移行する。

ステップ１２０では、制御部６０が、第２除霜モードを開始してステップ１１２に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部６０が、第１温水回路１２と第２温水回路１４とが連通状態になるよう第１電磁弁３０を制御する。そして、ＥＮＧウォータポンプ２０、及びウォータポンプ３２、３８の少なくとも１つを作動する。これにより、第２温水回路１４の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第１温水回路１２の冷却水の顕熱を用いて第２ラジエタ３６を除霜することができる。

ステップ１２２では、制御部６０が、作動中のウォータポンプ停止等の終了処理を行ってシステムを停止して一連の処理を終了する。

このように処理を行うことにより、第２ラジエタ３６の除霜が必要な場合に、まず第１除霜モードで第２温水回路１４の顕熱を利用して除霜を行い、除霜が未完了の場合は第２除霜モードで第１温水回路１２の顕熱を利用して除霜を行うことができる。これにより、一般的なコンプレッサ動力を使用した除霜ではなく、運転後の残った温水（冷却水）の熱を使用して除霜するため、除霜のためのエネルギ消費をゼロにすることができる。また、第１除霜モードで除霜が完了した場合には、第１温水回路１２の冷却水の熱が温存されるので、再始動時のフリクション低減や、燃焼安定性を良好な状態でエンジン１６を再始動することができると共に、暖機運転時間を短縮して燃費向上が可能となる。

なお、本実施形態では、第１除霜モード及び第２除霜モードが可能な例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、第１除霜モードのみが可能な形態としてもよい。また、本実施形態では、ステップ１１２及びステップ１１４において第１除霜モードで除霜が完了していないことを判断したが、判断条件は上記に限るものではない。例えば、第２ラジエタ３６の出入口の冷却水の温度差と、外気温とから判断してもよいし、他の条件を用いて判断してもよい。

（第２実施形態）

第２実施形態は、第１実施形態に対して第３温水回路を追加したものである。図７は、第２実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。なお、第１実施形態と同一部位については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、上記の実施形態の第２温水回路１４と第２ラジエタ３６との間に、第３温水回路７０を更に備えている。また、上記の実施形態では、第２温水回路１４に水冷コンデンサ２８を設けたが、本実施形態では、第３温水回路７０に水冷コンデンサ２８が設けられている。

第３温水回路７０は、第２温水回路１４と４方弁３４を介して接続されると共に、第２ラジエタ３６と４方弁７２を介して接続されている。

第３温水回路７０には、被加熱機器としての機器Ｂ７４及びウォータポンプ７６が設けられており、水冷コンデンサ２８と機器Ｂ７４とを冷却水が循環するようになっている。機器Ｂ７４としては、例えば、電池やトランスミッション等を適用でき、電池の温度やトランスミッションのオイルの温度等を冷却水で調整することができる。

また、上記の実施形態では、第１除霜モード及び第２除霜モードにより除霜したが、本実施形態では、第１〜第３除霜モードにより除霜を行う。

第１除霜モードでは、第３温水回路７０の顕熱を利用して第２ラジエタ３６を除霜する。また、第２除霜モードでは、第１除霜モードで除霜が完了しない場合に、第２温水回路１４の顕熱を利用して第２ラジエタ３６を除霜する。そして、第３除霜モードでは、第２除霜モードで除霜が完了しない場合に、第１温水回路１２の顕熱を利用して第２ラジエタを除霜する。

具体的には、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた場合に、第１電磁弁３０を作動して第１温水回路１２と第２温水回路１４とを遮断状態にすると共に、４方弁３４を作動して第２温水回路１４と第３温水回路７０とを遮断状態にする。また、４方弁７２を作動して第３温水回路７０と第２ラジエタ３６とを連通状態にしてする（第１除霜モード）。そして、ウォータポンプ３８、７６の少なくとも一方を作動して、第３温水回路７０の冷却水を第２ラジエタ３６に循環させる。

続いて、第３温水回路７０を循環する冷却水の温度が、例えば、０℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、４方弁３４も開放して、第２温水回路１４と第３温水回路７０とを連通状態にする。そして、ウォータポンプ３２、３８、７６の少なくとも一つを作動して、第２温水回路１４の冷却水を第２ラジエタ３６に循環させて、第２温水回路１４の冷却水の熱を用いて除霜を行う（第２除霜モード）。

次に、第２温水回路１４を循環する冷却水の温度が、例えば、０℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、第１電磁弁３０も開放して、第１温水回路１２と第２温水回路１４とを連通状態にする。そして、ＥＮＧウォータポンプ２０、及びウォータポンプ３２、３８、７６の少なくとも一つを作動して、第１温水回路１２の冷却水を第２ラジエタ３６に循環させて、第１温水回路１２の冷却水の熱を用いて除霜を行う（第３除霜モード）。

なお、本実施形態では、第３温水回路７０が冷却液回路に対応し、第２温水回路１４が冷却液循環回路に対応し、発熱機器２４が加熱機器に対応し、ウォータポンプ３２、３８、７６が循環部に対応する。また、本実施形態では、４方弁７２及び４方弁７２を駆動する４方弁用アクチュエータ６４が切替部に対応し、４方弁３４及び４方弁３４を駆動する４方弁用アクチュエータ６４が液回路切替部に対応する。また、例えば、機器２６としてヒータコアを適用した場合には暖機運転が終了しないと暖房として機能せず暖機運転が必要であるため、本実施形態では暖機運転機器に対応するものとする。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部６０で行われる具体的な処理について説明する。図８は、第２実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部６０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、上記の実施形態と同一処理については同一符号を付し省略し、差異のみを説明する。

ステップ１０８の判定が肯定されると上記ステップ１１０の代わりにステップ１１１が行われる。ステップ１１１では、制御部６０が第１除霜モードを開始してステップ１１２へ移行する。すなわち、制御部６０が、第１温水回路１２と第２温水回路１４とが遮断状態になるよう第１電磁弁３０を制御すると共に、第２温水回路１４と第３温水回路７０とが遮断状態になるように４方弁３４を制御する。そして、第３温水回路７０と第２ラジエタ３６とが連通状態となるよう４方弁７２を制御して、ウォータポンプ３８、７６の少なくとも一方を作動する。これにより、第３温水回路７０と第２ラジエタ３６が接続されて、第３温水回路７０の顕熱を利用して第２ラジエタ３６を除霜することができる。

また、ステップ１１８の判定が肯定されるとステップ１２０の代わりにステップ１１９が行われる。ステップ１１８では、制御部６０が、第２除霜モードを開始してステップ１１２に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部６０が、４方弁７２の開放を維持したまま第２温水回路１４と第３温水回路とが連通状態になるよう４方弁３４を制御する。そして、ウォータポンプ３２、３８、７６の少なくとも１つを作動する。これにより、第３温水回路７０の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第２温水回路１４の冷却水の顕熱を用いて第２ラジエタ３６を除霜することができる。

また、ステップ１１８の判定が否定されるとステップ１２１へ移行して、制御部６０が、第２除霜モード作動中であるか否かを判定し、該判定が肯定された場合にはステップ１２３へ移行し、否定された場合にはステップ１２２へ移行する。

ステップ１２３では、制御部６０が、第３除霜モードを開始してステップ１１２に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部６０が、４方弁３４、７２の開放を維持したまま第１温水回路１２と第２温水回路１４とが連通状態になるよう第１電磁弁３０を制御する。そして、ＥＮＧウォータポンプ２０、及びウォータポンプ３２、３８、７６の少なくとも１つを作動する。これにより、第２温水回路１４及び第３温水回路７０の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第１温水回路１２の冷却水の顕熱を用いて第２ラジエタ３６を除霜することができる。

なお、本実施形態では、第１〜第３除霜モードを行う例を説明したが、第３除霜モードは行わない形態として、エンジン１６の再始動時の機械損失を最大限低減可能な形態としてもよい。

（第３実施形態）

上記の実施形態では、チラー４２を介して間接的に第２ラジエタ３６の循環路の冷却水と冷媒との間で熱交換する構成を説明したが、本実施形態は、チラー４２の機能を備えた室外熱交換器を第２ラジエタ３６の代わりに設けた例である。図９は、第３実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。なお、第１実施形態と同一部位については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態における第２ラジエタ３６の代わりに吸熱用熱交換器としての室外熱交換器８０を設けると共に、チラー４２を省略して、室外熱交換器８０に冷媒サイクル４０の冷媒を循環可能にしたものである。すなわち、室外熱交換器８０の循環路の冷却水と冷媒との間で直接的に熱交換可能にしたものである。本実施形態では、室外熱交換器８０が冷媒サイクル４０の冷媒が流れて外気から吸熱する方式のヒートポンプとして機能し、室外熱交換器８０は冷却水の熱によって除霜することが可能とされている。

このように構成しても、第１実施形態と同様に、処理を行うことで第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第３実施形態は、第２実施形態のように、第３温水回路７０を更に備える構成としてもよい。

また、上記の各実施形態では、各除霜モード時にウォータポンプを駆動して冷却水を循環するようにしたが、これに限るものではなく、温度差により若干の対流が見込める場合には、ウォータポンプを駆動しない形態としてもよい。

また、第１実施形態では、冷却水を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器としてエンジン１６を一例として説明したが、これに限るものではなく、加熱機器と運転機器とは、それぞれ別々の機器としてもよい。

また、上記の各実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた場合（ステップ１０８が肯定された場合）に、除霜する例（第１除霜モード及び第２除霜モードを行う例）を説明したが、これに限るものではない。例えば、ステップ１０８の代わりに、ナビゲーション装置からの情報を元に、乗員が暖房を必要としない予め定めた位置（例えば、自宅等）への到着を検出したか否かを判定し、判定が肯定された場合に除霜するように構成してもよい。或いは、ステップ１０８の代わりに、イグニッションスイッチオフ後に、予め定めた時間経過後に、ナビゲーション装置から得られる車両位置情報と時刻情報とに基づいて今後の車両の再使用までの時間を予測して除霜を開始するか否かを判定してもよい。具体的には、予測した再使用までの時間が、実験等により外気温に応じて予め定めた時間（第１温水回路１２の冷却水が暖機運転が必要な温度になるまでの時間等）より短い場合に除霜を開始してもよい。

また、上記の実施形態における制御部６０で行われる処理は、プログラムを実行することにより行われるソフトウエア処理としてもよいし、ハードウエアで行う処理としてもよい。或いは、ソフトウエア及びハードウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。また、ＲＯＭに記憶されるプログラムは、各種記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 車両用冷却液加熱装置
１２ 第１温水回路（冷却液循環回路）
１４ 第２温水回路（冷却液回路）
１６ エンジン（加熱機器及び暖機運転機器）
２０ ＥＮＧウォータポンプ（循環部）
２４ 発熱機器（加熱機器）
２６ 機器（被加熱機器及び暖機運転機器）
２８ 水冷コンデンサ（放熱用熱交換器）
３０ 第１電磁弁（液回路切替部）
３２、３８、７６ ウォータポンプ（循環部）
３４ ４方弁（切替部及び液回路切替部）
７２ ４方弁（切替部）
３６ 第２ラジエタ（吸熱用熱交換器）
４０ 冷媒サイクル
４２ チラー（吸熱用熱交換器）
４４ コンプレッサ（圧縮機）
５６ 第１水温センサ（液温度検出部及び第１液温度検出部）
５８ 第２水温センサ（液温度検出部及び第２液温度検出部）
６０ 制御部
６２ 外気温センサ（外気温検出部）
６４ ４方弁用アクチュエータ（切替部及び液回路切替部）
６６ 電磁弁用アクチュエータ（液回路切替部）
７０ 第３温水回路（冷却液回路）
７４ 機器Ｂ（被加熱機器）
８０ 室外熱交換器（吸熱用熱交換器）

Claims (8)

1. 圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも１つの被加熱機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液回路と、
   冷却液が循環し、かつ外気から前記冷媒サイクルの冷媒に直接的または間接的に吸熱する吸熱用熱交換器と、
   前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える切替部を制御する制御部と、
   を備えた車両用冷却液加熱装置。
2. 冷却液を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液循環回路を更に備え、
   前記制御部が、前記冷却液回路と前記冷却液循環回路とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える液回路切替部を更に制御する請求項１に記載の車両用冷却液加熱装置。
3. 外気温を検出する外気温検出部と、
   前記吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、
   冷却液を循環させる循環部と、
   を更に備え、
   前記制御部が、前記外気温検出部及び前記液温度検出部の各々の検出結果に基づいて前記吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように前記切替部及び前記循環部を制御する請求項１に記載の車両用冷却液加熱装置。
4. 外気温を検出する外気温検出部と、
   前記吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、
   冷却液を循環させる循環部と、
   を更に備え、
   前記制御部が、前記外気温検出部及び前記液温度検出部の各々の検出結果に基づいて前記吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とが連通状態となり、かつ冷却液が循環するように前記切替部及び前記循環部を制御した後に、除霜が完了しない場合に、前記冷却液回路と前記冷却液循環回路とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように前記液回路切替部及び前記循環部を制御する請求項２に記載の車両用冷却液加熱装置。
5. 前記液温度検出部が、前記吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出し、
   前記制御部が、前記外気温検出部の検出結果が予め定めた温度より低く、かつ前記外気温検出部の検出結果と前記液温度検出部の検出結果とから計算される前記吸熱用熱交換器の着霜量の値が予め定めた値より大きい場合に、除霜が必要と判断する請求項３又は請求項４に記載の車両用冷却液加熱装置。
6. 前記液温度検出部が、前記吸熱用熱交換器の入口の冷却液の温度を検出する第１液温度検出部と、前記吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出する第２液温度検出部と、を有し、
   前記制御部が、第１液温度検出部の検出結果と第２液温度検出部の検出結果との差が予め定めた値より大きく、かつ前記第２液温度検出部の検出結果が予め定めた値より小さい場合に、除霜が完了していないと判断する請求項４に記載の車両用冷却液加熱装置。
7. 前記制御部は、イグニッションスイッチがオフされた場合に、前記除霜要否を判断して制御を行う請求項３〜６の何れか１項に記載の車両用冷却液加熱装置。
8. コンピュータを、請求項１〜７の何れか１項に記載の前記制御部として機能させるための車両用冷却液加熱プログラム。

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