JP2018144728A - Heat control system for vehicle and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、車両用の熱管理システム及びその制御方法に関する。 The present disclosure relates to a thermal management system for a vehicle and a control method thereof.
車両に搭載されるモータ及びインバータなどの発熱体を不凍液などの液状熱媒体で冷却する液状ループと、車室内の温度を調整するための冷媒ループと、これら液状ループと冷媒ループとの間の熱を交換する水コンデンサとを備えた、車両用熱管理システムが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1の車両用熱管理システムでは、冷媒ループを稼働して車室内を冷却するときは、水コンデンサ(water cooled condenser、WCDS)によって高温高圧の冷媒から液状ループに放熱する。放熱された熱は、ラジエータにて車外の空気に放熱される。
A liquid loop for cooling a heating element such as a motor and an inverter mounted on a vehicle with a liquid heat medium such as antifreeze liquid, a refrigerant loop for adjusting the temperature in the passenger compartment, and heat between the liquid loop and the refrigerant loop There is known a vehicular heat management system including a water condenser that replaces (see, for example, Patent Document 1). In the vehicle thermal management system of
特許文献1では、液状ループは、発熱体の熱を吸収(吸熱)し、ラジエータで放熱するように構成されている。このため、WCDSを通流する液状熱媒体の温度が、冷媒ループを通流する冷媒の気液飽和温度よりも高い場合が有りうる。すなわち、冷媒ループとしては、WCDSで放熱したとしても、冷媒が凝縮されないまま、膨張装置に到達し、適切な断熱膨張が行えないおそれがあった。
In
本開示は、冷媒がWCDSで十分に放熱できず、凝縮されない場合であっても、凝縮冷媒を得ることのできる車両用の熱管理システム及びその制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a vehicle thermal management system and a control method thereof that can obtain a condensed refrigerant even when the refrigerant cannot be sufficiently dissipated by WCDS and is not condensed.
本発明に係る車両用の熱管理システムは、発熱体又はエンジンに液状熱媒体を循環させて前記発熱体又は前記エンジンを冷却する第1ループと、冷却用熱交換器に冷媒を循環させる第2ループと、前記第1ループを流れる液状熱媒体と前記第2ループを流れる冷媒との間で熱交換を行う冷媒凝縮器と、を備える車両用の熱管理システムであって、前記第2ループは、前記冷媒の流れ方向に、圧縮機と、前記冷媒凝縮器と、膨張装置と、前記冷却用熱交換器とを順に有し、かつ、前記冷媒凝縮器から前記膨張装置に導かれる前記冷媒が流れる第1の熱交換部と前記冷却用熱交換器から前記圧縮機に導かれる前記冷媒が流れる第2の熱交換部との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器を有することを特徴とする。 The vehicle thermal management system according to the present invention includes a first loop that cools the heating element or the engine by circulating a liquid heat medium in the heating element or the engine, and a second that circulates the refrigerant in the cooling heat exchanger. A vehicle heat management system comprising: a loop; and a refrigerant condenser that exchanges heat between the liquid heat medium flowing through the first loop and the refrigerant flowing through the second loop, wherein the second loop is A refrigerant, a refrigerant condenser, an expansion device, and a cooling heat exchanger in order in the flow direction of the refrigerant, and the refrigerant guided from the refrigerant condenser to the expansion device is An internal heat exchanger that performs heat exchange of the refrigerant between the flowing first heat exchange unit and the second heat exchange unit through which the refrigerant guided from the cooling heat exchanger flows to the compressor. Features.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第2ループは、前記内部熱交換器と前記膨張装置との間にリキッドタンクを有することが好ましい。冷媒凝縮器とリキッドタンクとを分離して、冷媒凝縮器の設計自由度を増すことができる。また、膨張装置に気泡の混入のより少ない液体状の冷媒を供給することができ、冷凍サイクルをより安定して稼動させることができる。 In the thermal management system for a vehicle according to the present invention, it is preferable that the second loop has a liquid tank between the internal heat exchanger and the expansion device. By separating the refrigerant condenser and the liquid tank, the degree of freedom in designing the refrigerant condenser can be increased. In addition, a liquid refrigerant with less bubbles can be supplied to the expansion device, and the refrigeration cycle can be operated more stably.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第2ループは、前記内部熱交換器と前記圧縮機との間にアキュームレータを有することが好ましい。圧縮機に液体状の冷媒が吸入されることを防止して確実に気体状の冷媒を供給することができ、冷凍サイクルをより安定して稼動させることができる。 In the thermal management system for a vehicle according to the present invention, it is preferable that the second loop has an accumulator between the internal heat exchanger and the compressor. Liquid refrigerant can be prevented from being sucked into the compressor and gas refrigerant can be reliably supplied, and the refrigeration cycle can be operated more stably.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第1ループは、加熱用熱交換器を有さない形態を包含する。 In the thermal management system for a vehicle according to the present invention, the first loop includes a form having no heating heat exchanger.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第2ループは、前記冷媒と前記車両の外気との間で熱交換する冷媒放熱器を有さないことが好ましい。冷媒放熱器を有さなくとも熱の管理を可能とすることで、第2ループを配置する自由度が向上する In the vehicle thermal management system according to the present invention, it is preferable that the second loop does not have a refrigerant radiator that exchanges heat between the refrigerant and outside air of the vehicle. By enabling the management of heat without having a refrigerant radiator, the degree of freedom in arranging the second loop is improved.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第2ループは、<i>前記第1の熱交換部を迂回して、前記冷媒凝縮器から前記膨張装置に前記冷媒を導く第1の迂回路、若しくは<ii>前記第2の熱交換部を迂回して、前記冷却用熱交換器から前記圧縮機に前記冷媒を導く第2の迂回路、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、前記内部熱交換器又は前記内部熱交換器迂回路を流れる前記冷媒の比率を変更する比率調整手段と、を有することが好ましい。冷媒凝縮器での放熱量が十分であり、内部熱交換器での凝縮の必要性が低いとき、内部熱交換器を迂回させて、内部熱交換器での通路抵抗を低減することができる。その結果、圧縮機による吸入圧力をより小さくすることができ、圧縮機の動力をより低下させることができる。 In the vehicle thermal management system according to the present invention, the second loop includes <i> a first bypass that bypasses the first heat exchange unit and guides the refrigerant from the refrigerant condenser to the expansion device. Internal heat exchange having either or both of a path or <ii> a second bypass circuit that bypasses the second heat exchange section and guides the refrigerant from the cooling heat exchanger to the compressor It is preferable to include a bypass circuit and a ratio adjusting unit that changes a ratio of the refrigerant flowing through the internal heat exchanger or the internal heat exchanger bypass. When the heat radiation amount in the refrigerant condenser is sufficient and the necessity for condensation in the internal heat exchanger is low, the internal heat exchanger can be bypassed to reduce the passage resistance in the internal heat exchanger. As a result, the suction pressure by the compressor can be further reduced, and the power of the compressor can be further reduced.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記第2ループは、<i>前記第1の熱交換部を迂回して、前記冷媒凝縮器から前記膨張装置に前記冷媒を導く第1の迂回路、若しくは<ii>前記第2の熱交換部を迂回して、前記冷却用熱交換器から前記圧縮機に前記冷媒を導く第2の迂回路、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、前記内部熱交換器の熱交換量を2段階以上に変更可能な複数の流路パターンを有する冷媒流路と、前記流路パターンを変更する熱交換量調整手段と、を有することが好ましい。冷媒凝縮器における冷媒の凝縮の程度によって、内部熱交換器での冷媒の凝縮の程度を調整することができ、冷媒の凝縮と通路抵抗の低減とのバランスをとることができる。 In the vehicle thermal management system according to the present invention, the second loop includes <i> a first bypass that bypasses the first heat exchange unit and guides the refrigerant from the refrigerant condenser to the expansion device. Internal heat exchange having either or both of a path or <ii> a second bypass circuit that bypasses the second heat exchange section and guides the refrigerant from the cooling heat exchanger to the compressor A bypass path, a refrigerant flow path having a plurality of flow path patterns capable of changing the heat exchange amount of the internal heat exchanger in two or more stages, and a heat exchange amount adjusting means for changing the flow path pattern. It is preferable. The degree of refrigerant condensation in the internal heat exchanger can be adjusted according to the degree of refrigerant condensation in the refrigerant condenser, and a balance between refrigerant condensation and passage resistance reduction can be achieved.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記流路パターンは、前記冷媒を前記第1の熱交換部又は前記第2の熱交換部の一部分に通す短流路を含む形態を包含する。 In the heat management system for a vehicle according to the present invention, the flow path pattern includes a form including a short flow path that allows the refrigerant to pass through a part of the first heat exchange section or the second heat exchange section.
本発明に係る車両用の熱管理システムでは、前記内部熱交換器が、前記第1の熱交換部と前記第2の熱交換部とが対をなす熱交換ユニットを複数有し、該熱交換ユニットは、それぞれ前記内部熱交換器迂回路に対して並列的に接続され、前記流路パターンは、前記冷媒を前記熱交換ユニットの少なくともいずれか一つに分配する分岐流路を含む形態を包含する。 In the vehicle heat management system according to the present invention, the internal heat exchanger includes a plurality of heat exchange units in which the first heat exchange unit and the second heat exchange unit make a pair, and the heat exchange The units are each connected in parallel to the internal heat exchanger bypass, and the flow path pattern includes a form including a branch flow path that distributes the refrigerant to at least one of the heat exchange units. To do.
本発明に係る車両の熱管理システムの制御方法は、前記冷媒凝縮器を流出した前記冷媒の湿り度が100%であるとき、前記冷媒の全量を前記内部熱交換器迂回路に流通させることを特徴とする。 The vehicle thermal management system control method according to the present invention is configured to distribute the entire amount of the refrigerant to the internal heat exchanger detour when the wetness of the refrigerant flowing out of the refrigerant condenser is 100%. Features.
本発明に係る車両用の熱管理システムの制御方法は、前記冷媒凝縮器を流出した前記冷媒の湿り度が0%であるとき、前記冷媒の全量を前記内部熱交換器に流通させることを特徴とする。 The control method for a vehicle thermal management system according to the present invention is characterized in that when the wetness of the refrigerant flowing out of the refrigerant condenser is 0%, the entire amount of the refrigerant is circulated to the internal heat exchanger. And
本発明に係る車両用の熱管理システムの制御方法は、前記冷媒凝縮器を流出した前記冷媒の湿り度が0%を超え100%未満であるとき、前記冷媒の湿り度に応じて、前記内部熱交換器の熱交換する有効面積を変更させることを特徴とする。 The vehicle thermal management system control method according to the present invention includes: when the wetness of the refrigerant that has flowed out of the refrigerant condenser is greater than 0% and less than 100%, depending on the wetness of the refrigerant, The effective area for heat exchange of the heat exchanger is changed.
本開示によれば、冷媒がWCDSで十分に放熱できず、凝縮されない場合であっても、凝縮冷媒を得ることのできる車両用の熱管理システム及びその制御方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a vehicle thermal management system and a control method thereof that can obtain a condensed refrigerant even when the refrigerant cannot be sufficiently dissipated by WCDS and is not condensed.
以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components. Various modifications may be made as long as the effects of the present invention are achieved.
図1は、本実施形態に係る車両用の熱管理システムの第一例を示すシステム図である。第一例の車両用の熱管理システム1は、発熱体12,13,14又はエンジン(不図示)に液状熱媒体を循環させて発熱体12,13,14又はエンジン(不図示)を冷却する第1ループ10と、冷却用熱交換器23に冷媒を循環させる第2ループ20と、第1ループ10を流れる液状熱媒体と第2ループ20を流れる冷媒との間で熱交換を行う冷媒凝縮器30と、を備える車両用の熱管理システムであって、第2ループ20は、冷媒の流れ方向に、圧縮機21と、冷媒凝縮器30と、膨張装置22と、冷却用熱交換器23とを順に有し、かつ、冷媒凝縮器30から膨張装置22に導かれる冷媒が流れる第1の熱交換部41と冷却用熱交換器23から圧縮機21に導かれる冷媒が流れる第2の熱交換部42との間で冷媒の熱交換を行う内部熱交換器40を有する。
FIG. 1 is a system diagram showing a first example of a vehicle thermal management system according to the present embodiment. The vehicle
第1ループ10は、例えば、DC/DCコンバータ12、インバータ13及びモータ14などの発熱体に液状熱媒体を循環させて、発熱体12,13,14を冷却する低温系ループ(図1に図示)、又はエンジン(不図示)に液状熱媒体を循環させて、エンジンを冷却する高温系ループ(不図示)である。液状熱媒体は、例えば、水、不凍液である。本実施形態では、第1ループ10が低温系ループであることがより好ましい。第1ループ10が低温系ループである場合を例にとって、第1ループ10における液状熱媒体の循環について説明する。
The
第1ループ10は、液状熱媒体を、第1ウォーターポンプ11、DC/DCコンバータ12、インバータ13、モータ14、ラジエータ15の順に循環させる冷却流路10Aと、液状熱媒体を、第2ウォーターポンプ16、ラジエータ15、冷媒凝縮器30、加熱用熱交換器17の順に循環させる熱交換流路10Bとを有する。
The
冷却流路10Aでは、液状熱媒体がDC/DCコンバータ12、インバータ13及びモータ14などの発熱体を冷却し、ラジエータ15に送られる。DC/DCコンバータ12は、バッテリ(不図示)から供給された電力を降圧し、インバータ13、モータ14などの駆動系の電源系統とは異なる電源系統(例えばサブバッテリ)へ出力する。インバータ13は、車両の要求駆動力に応じてバッテリ(不図示)の直流電力を交流電力に変換してモータ14へと供給する。モータ14は、車両駆動用の電動モータであり、バッテリ(不図示)からの電力供給を受けて車両を駆動する。ラジエータ15は、液状熱媒体とラジエータ15を通過する空気との間で熱交換を行う熱交換器であり、液状熱媒体の熱をラジエータ15を通過する空気へ放出する。ラジエータ15で冷却された液状熱媒体は、再び発熱体12,13,14に送られる。
In the
熱交換流路10Bでは、ラジエータ15で冷却された液状熱媒体が、冷媒凝縮器30に送られる。冷媒凝縮器30では、液状熱媒体と第2ループ20の冷媒との間で熱交換が行われ、液状熱媒体が冷媒の熱を吸収する。冷媒凝縮器30で暖められた液状熱媒体は、加熱用熱交換器17に送られる。加熱用熱交換器17では、液状熱媒体と送風空気との間で熱交換が行われ、液状熱媒体の熱を送風空気へ放出する。加熱用熱交換器17で冷却された液状熱媒体は、再びラジエータ15に送られる。また、加熱用熱交換器17で暖められた送風空気は必要に応じて車室内へ送風される。
In the heat
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第1ループ10が、加熱用熱交換器17を有さない形態を包含する。第1ループ10が加熱用熱交換器17を有さない場合、熱交換流路10Bでは、ラジエータ15で冷却された液状熱媒体が、冷媒凝縮器30に送られる。冷媒凝縮器30で暖められた液状熱媒体は、再びラジエータ15に送られる。
In the
第2ループ20は、冷媒を、圧縮機21、冷媒凝縮器30、内部熱交換器40、膨張装置22、冷却用熱交換器23、内部熱交換器40の順に循環させる冷凍サイクルを有する。冷媒は、例えば、フロンである。
The
圧縮機21は、電力によって駆動するモータ(図示せず)の駆動力を受けて、又はエンジン(図示せず)からの駆動力を受けて、低温低圧の気体状の冷媒を圧縮して、高温高圧の気体状の冷媒にする。
The
冷媒凝縮器30は、水コンデンサ(water cooled condenser、WCDS)とも呼ばれ、第1ループ10を流れる液状熱媒体と第2ループ20を流れる冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。
The
膨張装置22は、高圧の液体状の冷媒を減圧・膨張させて、低温低圧の霧状の冷媒とするとともに、冷媒の流量の調整を行う。
The
冷却用熱交換器23は、液体状の冷媒を気化させ、そのときの蒸発熱によって冷却用熱交換器23を通過する送風空気を冷却除湿する。
The
内部熱交換器40は、冷媒流路として第1の熱交換部41と第2の熱交換部42とを有する。第1の熱交換部41と第2の熱交換部42とは相互に熱交換を行うことができる。第1の熱交換部41の入口は、配管によって、冷媒凝縮器30の出口と直接的又は間接的に接続される。第1の熱交換部41の出口は、配管によって、膨張装置22の入口と直接的又は間接的に接続される。図1では、一例として、第1の熱交換部41と膨張装置22との間にリキッドタンク24が配置され、第1の熱交換部41の出口が、配管によって、膨張装置22の入口と間接的に接続される形態を示した。また、第2の熱交換部42の入口は、配管によって、冷却用熱交換器23の出口と直接的又は間接的に接続される。第2の熱交換部42の出口は、配管によって、圧縮機21の入口と直接的又は間接的に接続される。
The
本実施形態に係る熱管理システム1は、例えば、車両に搭載される発熱体の温度調整又はエンジンの温度調整、及び車室内の温度調整を行う。冷媒凝縮器30での冷媒の放熱が不十分で、冷媒凝縮器30で放熱後の冷媒の温度が飽和温度よりも高くなる場合がある。このような場合に、熱管理システム1において内部熱交換器40がない構成とすると、冷媒が十分に凝縮しないまま膨張装置22に到達し、適切な断熱膨張ができないおそれがある。本実施形態に係る熱管理システム1では、図1に示すように、第2ループ20の膨張装置22の上流側に内部熱交換器40を配置することで、冷媒を十分に凝縮させた状態で膨張装置22に到達させることができる。
The
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第2ループ20は、内部熱交換器40と膨張装置22との間にリキッドタンク24を有することが好ましい。冷媒凝縮器30とリキッドタンク24とを分離して、冷媒凝縮器30の設計自由度を増すことができる。リキッドタンク24は、液体状の冷媒の一部を貯留するとともに液体状の冷媒と気体状の冷媒とを分離して、液体状の冷媒だけを膨張装置22に送り出す。リキッドタンク24によって、膨張装置22に気泡の混入のより少ない液体状の冷媒を供給することができ、冷凍サイクルをより安定して稼動させることができる。
In the vehicle
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第2ループ20は、内部熱交換器40と圧縮機21との間にアキュームレータ(不図示)を有することが好ましい。アキュームレータは、内部熱交換器40の第2の熱交換部42で気化しきれなかった液体状の冷媒を気体状の冷媒と分離する装置で、気体状の冷媒だけを圧縮機21の吸入側に送り出す。アキュームレータによって、圧縮機21に液体状の冷媒が吸入されることを防止でき、冷凍サイクルをより安定して稼動させることができる。
In the vehicle
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第2ループ20が、リキッドタンク24及びアキュームレータ(不図示)の両方を有することが好ましい。冷凍サイクルをより安定して稼動させることができる。
In the
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第2ループ20が、リキッドタンク24又はアキュームレータ(不図示)などの冷媒貯留部品を有さない形態を包含する。本実施形態では、冷媒貯留部品を有さなくとも熱の管理を可能とすることで、第2ループ20の構成部品を削減して、車両搭載性を向上することができる。
The vehicle
本実施形態に係る車両用の熱管理システム1では、第2ループ20は、冷媒と車両の外気との間で熱交換する冷媒放熱器(不図示)を有さないことが好ましい。冷媒放熱器は、一般的な冷凍サイクルにおいて、圧縮機21の吐出側と膨張装置22との間に配置される熱交換器であって、車両の前方に配置され、高温高圧の気体状の冷媒を外気によって冷却し、高温高圧の液体状の冷媒にする。本実施形態では、冷媒放熱器を有さなくとも熱の管理を可能とすることで、第2ループ20を配置する自由度が向上する。また、第2ループ20を車両の前方を経由させる必要が無く、第2ループ20の長さを短縮することができる。
In the vehicle
次に、図2〜図4を参照して、車両用の熱管理システム1の変形例について説明する。
Next, with reference to FIGS. 2-4, the modification of the
図2は、本実施形態に係る車両用の熱管理システムの第二例を示すシステム図である。第二例の車両用の熱管理システム2では、第2ループ20は、<i>第1の熱交換部41を迂回して、冷媒凝縮器30から膨張装置22に冷媒を導く第1の迂回路51、若しくは<ii>第2の熱交換部42を迂回して、冷却用熱交換器23から圧縮機21に冷媒を導く第2の迂回路52、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、内部熱交換器40又は内部熱交換器迂回路51,52を流れる冷媒の比率を変更する比率調整手段61,62と、を有することが好ましい。
FIG. 2 is a system diagram illustrating a second example of the thermal management system for a vehicle according to the present embodiment. In the
第1の迂回路51は、一端が冷媒凝縮器30の出口と直接的又は間接的に接続され、他端が膨張装置22の入口と直接的又は間接的に接続される。図2に示すように、リキッドタンク24を設けるとき、第1の迂回路51の他端は、リキッドタンク24に接続されてもよい。
One end of the
第2の迂回路52は、一端が冷却用熱交換器23の出口と直接的又は間接的に接続され、他端が圧縮機21の入口と直接的又は間接的に接続される。
One end of the
本実施形態では、第1の迂回路51及び第2の迂回路52の両方を有する形態(図2に図示)、第1の迂回路51を有し、かつ、第2の迂回路52を有さない形態(不図示)、又は第1の迂回路51を有さず、かつ、第2の迂回路52を有する形態(不図示)を包含する。
In the present embodiment, a configuration having both the
比率調整手段61,62は、例えば、三方弁、電磁弁又は感温弁である。比率調整手段61は、第1の熱交換部41と第1の迂回路51とを流れる冷媒の比率を変更する。比率調整手段62は、第2の熱交換部42と第2の迂回路52とを流れる冷媒の比率を変更する。比率調整手段61,62は、空調制御ユニット又はエンジンコントロールユニットなどの制御部(不図示)で制御される。制御部は、CPU、ROM及びRAMなどのマイクロコンピュータを有する。
The ratio adjusting means 61 and 62 are, for example, a three-way valve, a solenoid valve, or a temperature sensitive valve. The
第二例の車両用の熱管理システム2の制御について説明する。まず、制御部は、冷媒凝縮器30から流出した冷媒の湿り度を判定する。次に、制御部は、判定した湿り度に応じて、比率調整手段61,62を制御する。
The control of the
冷媒の湿り度が100%であるとき、冷媒凝縮器30での放熱量が十分であり、冷媒が十分に凝縮されているので、内部熱交換器40での凝縮の必要性が低い。このとき、制御部は、冷媒の全量を内部熱交換器迂回路51,52に流通させて、内部熱交換器40には冷媒を流通させない。これによって、内部熱交換器40を迂回して冷媒を流し、内部熱交換器40での通路抵抗の増加を抑えることができる。その結果、圧縮機21による吸入圧力をより小さくすることができ、圧縮機21の動力をより低下させることができる。
When the wetness of the refrigerant is 100%, the amount of heat dissipated in the
冷媒の湿り度が0%であるとき、冷媒凝縮器30での放熱量が不十分であり、冷媒が凝縮されていないので、内部熱交換器40で凝縮する必要がある。このとき、制御部は、冷媒の全量を内部熱交換器40に流通させて、内部熱交換器迂回路51,52には冷媒を流通させない。これによって、冷媒を内部熱交換器40で十分に凝縮させてから膨張装置22に到達させることができ、冷凍サイクルを安定して稼動させることができる。
When the wetness of the refrigerant is 0%, the amount of heat dissipated in the
冷媒の湿り度が0%を超え100%未満であるとき、冷媒凝縮器30での放熱量が不十分であり、冷媒が気液混合状態であるので、内部熱交換器40で凝縮する必要がある。このとき、制御部は、内部熱交換器40又は内部熱交換器迂回路51,52を流れる冷媒の比率を変更する。より具体的には、冷媒に含まれる気体状の冷媒の割合が多いほど、内部熱交換器40に流す冷媒の比率を増加させ、冷媒に含まれる気体状の冷媒の割合が少ないほど、内部熱交換器40に流す冷媒の比率を減少させる。これによって、冷媒を内部熱交換器40で十分に凝縮させてから膨張装置22に到達させることができ、冷凍サイクルを安定して稼動させることができる。また、内部熱交換器40に流通する冷媒の流量を冷媒凝縮器30における冷媒の凝縮の程度に応じて調整することができ、内部熱交換器40での通路抵抗の増加を最低限に抑えることができる。その結果、圧縮機21による吸入圧力をより小さくすることができ、圧縮機21の動力をより低下させることができる。
When the wetness of the refrigerant is more than 0% and less than 100%, the amount of heat dissipated in the
第二例の車両用の熱管理システム2では、内部熱交換器迂回路51,52を設けることで、冷媒凝縮器30での放熱量が十分であり、凝縮の必要性が低いときに内部熱交換器40を迂回させて、通路抵抗の増加を抑えることができる。
In the vehicle
図3は、本実施形態に係る車両用の熱管理システムの第三例を示すシステム図である。第三例の車両用の熱管理システム3では、第2ループ20は、<i>第1の熱交換部41を迂回して、冷媒凝縮器30から膨張装置22に冷媒を導く第1の迂回路51、若しくは<ii>第2の熱交換部42を迂回して、冷却用熱交換器23から圧縮機21に冷媒を導く第2の迂回路(不図示)、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、内部熱交換器40の熱交換量を2段階以上に変更可能な複数の流路パターンを有する冷媒流路と、流路パターンを変更する熱交換量調整手段63(63A,63B,63C)と、を有することが好ましい。
FIG. 3 is a system diagram showing a third example of the thermal management system for a vehicle according to the present embodiment. In the vehicle
第三例の車両用の熱管理システム3では、内部熱交換器迂回路51,52は、第一例の車両用の熱管理システム1と同じである。図3では、内部熱交換器迂回路として第1の迂回路51だけを有する形態を示したが、本発明はこれに限定されず、図2に示すように内部熱交換器迂回路として第1の迂回路51及び第2の迂回路52の両方を有する形態、又は内部熱交換器迂回路として第2の迂回路52だけを有する形態で(不図示)あってもよい。
In the
第三例の車両用の熱管理システム3では、流路パターンは、冷媒を第1の熱交換部41又は第2の熱交換部42の一部分に通す短流路を含む。短流路は、第1の熱交換部41又は第2の熱交換部42に対して熱交換する有効面積を減少させた流路であり、例えば、図3に示すように、第1の迂回路51と第1の熱交換部41とを複数の位置で配管53,54によって接続し、第1の熱交換部41の途中から冷媒を流す構成とすることで形成される。第1の迂回路51と第1の熱交換部41との接続部分の数は、特に限定されず、1個以上であればよく、図3では一例として2個である形態を示した。また、短流路は、第2の迂回路52(図2に図示)と第2の熱交換部42とを複数の位置で配管によって接続し、第2の熱交換部42の途中から冷媒を流す構成とすることで形成してもよい。
In the
第三例の車両用の熱管理システム3では、流路パターンは、例えば、冷媒を第1の熱交換部41に流通させ、かつ、第1の迂回路51には流通させない第1パターン、冷媒を第1配管53から第1の熱交換部41に流入させる第2パターン、冷媒を第1配管53よりも冷媒流路の下流側にある第2配管54から第1の熱交換部41に流入させる第3パターン、及び冷媒を第1の迂回路51に流通させ、かつ、第1の熱交換部41には流通させない第4パターンを包含する。内部熱交換器40の熱交換する有効面積は、多い順に、第1パターン、第2パターン、第3パターン、第4パターンである。
In the
第三例の車両用の熱管理システム3では、熱交換量調整手段63(63A,63B,63C)は、内部熱交換器迂回路(図3では第1の迂回路51)又は配管53,54への冷媒の流通を開閉する弁であることが好ましく、例えば、三方弁(図3に図示)又はストップバルブ(不図示)である。熱交換量調整手段63(63A,63B,63C)が三方弁であるとき、三方弁は、内部熱交換器迂回路(図3では第1の迂回路51)上に配置することが好ましい。また、熱交換量調整手段63(63A,63B,63C)がストップバルブであるとき、ストップバルブは、配管53,54の中間部分に配置することが好ましい。熱交換量調整手段63(63A,63B,63C)は、空調制御ユニット又はエンジンコントロールユニットなどの制御部(不図示)で制御される。
In the vehicle
図4は、本実施形態に係る車両用の熱管理システムの第四例を示すシステム図である。第四例の車両用の熱管理システム4は、冷媒流路の流路パターンが異なる以外は、第三例の車両用の熱管理システム3と基本的な構成を同じくする。図4を参照して、第四例の車両用の熱管理システム4について説明するが、第三例の車両用の熱管理システム3と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については説明を省略する。
FIG. 4 is a system diagram showing a fourth example of the thermal management system for a vehicle according to the present embodiment. The vehicle
第四例の車両用の熱管理システム4では、内部熱交換器迂回路は、第三例の車両用の熱管理システム3と同じである。内部熱交換器迂回路として第1の迂回路51に加えて、又は第1の迂回路51に代えて、第2の迂回路52(図2に図示)を有していてもよい。
In the vehicle
第四例の車両用の熱管理システム4では、内部熱交換器40が、第1の熱交換部41a,41b,41cと第2の熱交換部42a,42b,42cとが対をなす熱交換ユニット40A,40B,40Cを複数有し、熱交換ユニット40A,40B,40Cは、それぞれ内部熱交換器迂回路51に対して並列的に接続され、流路パターンは、冷媒を熱交換ユニット40A,40B,40Cの少なくともいずれか一つに分配する分岐流路を含む。
In the vehicle
熱交換ユニット40Aは、第1の熱交換部41aと第2の熱交換部42aとの間で冷媒の熱交換を行う。熱交換ユニット40Bは、第1の熱交換部41bと第2の熱交換部42bとの間で冷媒の熱交換を行う。熱交換ユニット40Cは、第1の熱交換部41cと第2の熱交換部42cとの間で冷媒の熱交換を行う。熱交換ユニット40A,40B,40Cの数は、特に限定されず、2個以上であればよく、図4では一例として3個である形態を示した。
The
第四例の車両用の熱管理システム4では、流路パターンは、分岐流路を含む。分岐流路は、各熱交換ユニット40A,40B,40Cの第1の熱交換部41a,41b,41c又は第2の熱交換部42a,42b,42cに冷媒を分流させる流路である。例えば、図4では、冷媒凝縮器30から流出した冷媒は各第1の熱交換部41a,41b,41cに分流して、第1の熱交換部41a,41b,41cの下流で合流し、膨張装置22に導かれる。また、冷却用熱交換器23から流出した冷媒は各第2の熱交換部42a,42b,42cに分流して、第2の熱交換部42a,42b,42cの下流で合流し、圧縮機21に導かれる。
In the vehicle
第四例の車両用の熱管理システム4では、流路パターンは、例えば、3つの熱交換ユニット40A,40B,40Cに冷媒を流す第1パターン、2つの熱交換ユニット40A,40Bに冷媒を流し、かつ、1つの熱交換ユニット40Cには冷媒を流さない第2パターン、1つの熱交換ユニット40Aに冷媒を流し、かつ、2つの熱交換ユニット40B,40Cには冷媒を流さない第3パターン、3つの熱交換ユニット40A,40B,40Cに冷媒を流さず、かつ、第1の迂回路51に冷媒を流す第4パターンを包含する。内部熱交換器40の熱交換する有効面積は、多い順に、第1パターン、第2パターン、第3パターン、第4パターンである。
In the vehicle
第四例の車両用の熱管理システム4では、熱交換量調整手段64(64A,64B,64C,64D)は、熱交換ユニット40A,40B,40C又は内部熱交換器迂回路(図3では第1の迂回路51)への冷媒の流通を開閉する弁であり、例えば、ストップバルブである。図4では、一例として、熱交換量調整手段64(64A,64B,64C)が第1の熱交換部41a,41b,41cに通じる配管に設けられた形態を示したが、熱交換量調整手段64(64A,64B,64C)は、第2の熱交換部42a,42b,42cに通じる配管に設けられるか、又は、第1の熱交換部41a,41b,41cに通じる配管及び第2の熱交換部42a,42b,42cに通じる配管の両方に設けられてもよい。熱交換量調整手段64(64A,64B,64C,64D)は、空調制御ユニット又はエンジンコントロールユニットなどの制御部(不図示)で制御される。
In the vehicle
第三例、第四例の車両用の熱管理システム3,4の制御について説明する。まず、制御部は、冷媒凝縮器30から流出した冷媒の湿り度を判定する。次に、制御部は、判定した湿り度に応じて、熱交換量調整手段63,64を制御する。
The control of the
冷媒の湿り度が100%であるとき、及び冷媒の湿り度が0%であるとき、第二例の車両用の熱管理システム2の制御と同様に制御する。より具体的には、冷媒の湿り度が100%であるとき、流路パターンを第4パターンとする。また、冷媒の湿り度が0%であるとき、流路パターンを第1パターンとする。
When the wetness of the refrigerant is 100% and when the wetness of the refrigerant is 0%, the control is performed in the same manner as the control of the vehicle
冷媒の湿り度が0%を超え100%未満であるとき、制御部は、冷媒の湿り度に応じて、内部熱交換器40の熱交換する有効面積を変更する。より具体的には、冷媒に含まれる気体状の冷媒の割合が多いほど、内部熱交換器40での熱交換する有効面積を増加させ、冷媒に含まれる気体状の冷媒の割合が少ないほど、内部熱交換器40での熱交換する有効面積を減少させる。例えば、冷媒の湿り度が所定値以上のとき、流路パターンを第2パターンとし、冷媒の湿り度が所定値未満のとき、流路パターンを第3パターンとする。これによって、冷媒を内部熱交換器40で十分に凝縮させてから膨張装置22に到達させることができ、冷凍サイクルを安定して稼動させることができる。また、内部熱交換器40に流通する冷媒の流量を冷媒凝縮器30における冷媒の凝縮の程度に応じて調整することができ、内部熱交換器40での通路抵抗の増加を最低限に抑えることができる。その結果、圧縮機21による吸入圧力をより小さくすることができ、圧縮機21の動力をより低下させることができる。
When the wetness of the refrigerant is greater than 0% and less than 100%, the control unit changes the effective area for heat exchange of the
第三例、第四例の車両用の熱管理システム3,4では、内部熱交換器迂回路51及び複数の流路パターンを有することで、冷媒凝縮器30における冷媒の凝縮の程度によって、内部熱交換器40での凝縮の程度を調整することができ、冷媒の凝縮と通路抵抗の低減とのバランスをとることができる。
In the
1,2,3,4 車両用の熱管理システム
10 第1ループ
10A 冷却流路
10B 熱交換流路
11 第1ウォーターポンプ
12 発熱体(DC/DCコンバータ)
13 発熱体(インバータ)
14 発熱体(モータ)
15 ラジエータ
16 第2ウォーターポンプ
17 加熱用熱交換器
20 第2ループ
21 圧縮機
22 膨張装置
23 冷却用熱交換器
24 リキッドタンク
30 冷媒凝縮器(水コンデンサ)
40 内部熱交換器
40A,40B,40C 熱交換ユニット
41 第1の熱交換部
41a,41b,41c 第1の熱交換部
42 第2の熱交換部
42a,42b,42c 第2の熱交換部
51 内部熱交換器迂回路(第1の迂回路)
52 内部熱交換器迂回路(第2の迂回路)
53 配管(第1配管)
54 配管(第2配管)
61,62 比率調整手段
63(63A,63B,63C) 熱交換量調整手段
64(64A,64B,64C、64D) 熱交換量調整手段
1, 2, 3, 4 Vehicle
13 Heating element (inverter)
14 Heating element (motor)
15
40 Internal heat exchangers 40A, 40B, 40C
52 Internal heat exchanger detour (second detour)
53 Piping (first piping)
54 Piping (second piping)
61, 62 Ratio adjustment means 63 (63A, 63B, 63C) Heat exchange amount adjustment means 64 (64A, 64B, 64C, 64D) Heat exchange amount adjustment means
Claims (12)
冷却用熱交換器(23)に冷媒を循環させる第2ループ(20)と、
前記第1ループ(10)を流れる液状熱媒体と前記第2ループ(20)を流れる冷媒との間で熱交換を行う冷媒凝縮器(30)と、を備える車両用の熱管理システムであって、
前記第2ループ(20)は、前記冷媒の流れ方向に、圧縮機(21)と、前記冷媒凝縮器(30)と、膨張装置(22)と、前記冷却用熱交換器(23)とを順に有し、かつ、前記冷媒凝縮器(30)から前記膨張装置(22)に導かれる前記冷媒が流れる第1の熱交換部(41)と前記冷却用熱交換器(23)から前記圧縮機(21)に導かれる前記冷媒が流れる第2の熱交換部(42)との間で前記冷媒の熱交換を行う内部熱交換器(40)を有することを特徴とする車両用の熱管理システム。 A first loop (10) for cooling the heating element (12, 13, 14) or the engine by circulating a liquid heat medium in the heating element (12, 13, 14) or the engine;
A second loop (20) for circulating the refrigerant in the cooling heat exchanger (23);
A vehicle heat management system comprising: a refrigerant condenser (30) that exchanges heat between a liquid heat medium flowing through the first loop (10) and a refrigerant flowing through the second loop (20). ,
The second loop (20) includes a compressor (21), the refrigerant condenser (30), an expansion device (22), and the cooling heat exchanger (23) in the flow direction of the refrigerant. The compressor from the first heat exchanging part (41) and the cooling heat exchanger (23) through which the refrigerant flows in order and flows from the refrigerant condenser (30) to the expansion device (22). A vehicle heat management system comprising an internal heat exchanger (40) for exchanging heat of the refrigerant with the second heat exchange section (42) through which the refrigerant guided to (21) flows. .
<i>前記第1の熱交換部(41)を迂回して、前記冷媒凝縮器(30)から前記膨張装置(22)に前記冷媒を導く第1の迂回路(51)、若しくは<ii>前記第2の熱交換部(42)を迂回して、前記冷却用熱交換器(23)から前記圧縮機(21)に前記冷媒を導く第2の迂回路(52)、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、
前記内部熱交換器(40)又は前記内部熱交換器迂回路(51,52)を流れる前記冷媒の比率を変更する比率調整手段(61,62)と、を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の車両用の熱管理システム。 The second loop (20)
<I> A first bypass circuit (51) that bypasses the first heat exchange section (41) and guides the refrigerant from the refrigerant condenser (30) to the expansion device (22), or <ii> Either of the second bypass circuit (52) that bypasses the second heat exchange section (42) and guides the refrigerant from the cooling heat exchanger (23) to the compressor (21), or An internal heat exchanger detour with both,
2. A ratio adjusting means (61, 62) for changing a ratio of the refrigerant flowing through the internal heat exchanger (40) or the internal heat exchanger bypass (51, 52). The thermal management system for vehicles as described in any one of -5.
<i>前記第1の熱交換部(41)を迂回して、前記冷媒凝縮器(30)から前記膨張装置(22)に前記冷媒を導く第1の迂回路(51)、若しくは<ii>前記第2の熱交換部(42)を迂回して、前記冷却用熱交換器(23)から前記圧縮機(21)に前記冷媒を導く第2の迂回路、のいずれか一方又は両方を有する内部熱交換器迂回路と、
前記内部熱交換器(40)の熱交換量を2段階以上に変更可能な複数の流路パターンを有する冷媒流路と、
前記流路パターンを変更する熱交換量調整手段(63)と、を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の車両用の熱管理システム。 The second loop (20)
<I> A first bypass circuit (51) that bypasses the first heat exchange section (41) and guides the refrigerant from the refrigerant condenser (30) to the expansion device (22), or <ii> Either or both of a second bypass circuit that bypasses the second heat exchange section (42) and guides the refrigerant from the cooling heat exchanger (23) to the compressor (21). An internal heat exchanger detour,
A refrigerant flow path having a plurality of flow path patterns capable of changing the heat exchange amount of the internal heat exchanger (40) in two or more stages;
The vehicle heat management system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a heat exchange amount adjusting means (63) for changing the flow path pattern.
前記流路パターンは、前記冷媒を前記熱交換ユニット(40A,40B,40C)の少なくともいずれか一つに分配する分岐流路を含むことを特徴とする請求項7に記載の車両用の熱管理システム。 The internal heat exchanger (40) includes a heat exchange unit (40A, 41a, 41b, 41c) and a heat exchange unit (40A, 42c, 42c) paired with the second heat exchange unit (42a, 42b, 42c). 40B, 40C), and the heat exchange units (40A, 40B, 40C) are connected in parallel to the internal heat exchanger detour (51),
The thermal management for a vehicle according to claim 7, wherein the flow path pattern includes a branch flow path that distributes the refrigerant to at least one of the heat exchange units (40A, 40B, 40C). system.
前記冷媒凝縮器(30)を流出した前記冷媒の湿り度が100%であるとき、前記冷媒の全量を前記内部熱交換器迂回路(51,52)に流通させることを特徴とする車両用の熱管理システムの制御方法。 A method for controlling a thermal management system for a vehicle according to claim 6 or 7,
When the degree of wetness of the refrigerant flowing out of the refrigerant condenser (30) is 100%, the entire amount of the refrigerant is circulated to the internal heat exchanger bypass (51, 52). Control method of thermal management system.
前記冷媒凝縮器(30)を流出した前記冷媒の湿り度が0%であるとき、前記冷媒の全量を前記内部熱交換器(40)に流通させることを特徴とする車両用の熱管理システムの制御方法。 A method for controlling a thermal management system for a vehicle according to claim 6 or 7,
When the wetness of the refrigerant flowing out of the refrigerant condenser (30) is 0%, the whole amount of the refrigerant is circulated to the internal heat exchanger (40). Control method.
前記冷媒凝縮器(30)を流出した前記冷媒の湿り度が0%を超え100%未満であるとき、前記冷媒の湿り度に応じて、前記内部熱交換器(40)の熱交換する有効面積を変更させることを特徴とする車両用の熱管理システムの制御方法。 It is a control method of the thermal management system for vehicles according to claim 7,
When the wetness of the refrigerant that has flowed out of the refrigerant condenser (30) is more than 0% and less than 100%, the effective area for heat exchange of the internal heat exchanger (40) according to the wetness of the refrigerant The control method of the thermal management system for vehicles characterized by making change.
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