JP2018159328A - 分配装置 - Google Patents

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紘憲 高專寺
Hironori Kosenji
紘憲 高專寺
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Abstract

【課題】優先度に応じて加熱対象物を温める。
【解決手段】分配装置10は、熱搬送媒体を循環させる管と、移動体で使用されるオイルを収容し、オイルを熱搬送媒体と熱交換させる第1収容部102、第2収容部103、及び第3収容部104と、室内の空気を熱搬送媒体と熱交換させるヒーター部105と、熱搬送媒体をヒーター部105に供給するか第1収容部102、第2収容部103、及び第3収容部104に供給するかを切り替えるバルブ100と、を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、熱搬送媒体を分配する分配装置に関する。
従来、加熱された熱搬送媒体を用いて車両の各部を温める方法が知られている。特許文献1には、加熱された熱搬送媒体を用いて、エンジンオイル、トランスミッションオイル、トランスミッションからの回転力を駆動輪に配分するディファレンシャルのディファレンシャルオイル、及び車両の空調用ヒーターを温めることができる車両が開示されている。
特開2012−225223号公報
従来の車両においては、熱搬送媒体を搬送する経路上に、エンジンオイルの収容部、トランスミッションオイルの収容部、ディファレンシャルオイルの収容部、及び車両の空調用ヒーターが直列に設けられていた。そして、同一の熱搬送媒体が、エンジンオイルの収容部、トランスミッションオイルの収容部、ディファレンシャルオイルの収容部、及び車両の空調用ヒーターを順番に通過して循環するように、熱搬送媒体の経路が構成されていた。したがって、温める優先度が低いオイルを温めるために熱搬送媒体の熱が奪われてしまい、温める優先度が高いオイル又は空調用ヒーターの加熱に長時間を要してしまうという問題があった。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、優先度に応じて加熱対象物を温めることができる分配装置を提供することを目的とする。
本発明の分配装置は、熱搬送媒体を循環させる管と、移動体で使用されるオイルを収容し、前記オイルを前記熱搬送媒体と熱交換させる収容部と、室内の空気を前記熱搬送媒体と熱交換させるヒーター部と、前記熱搬送媒体を前記ヒーター部に供給するか前記収容部に供給するかを切り替える第1切替部と、を有する。
前記収容部は、第1オイルを収容する第1収容部と、前記第1オイルと異なる第2オイルを収容する第2収容部と、前記第1切替部を介して供給された熱搬送媒体を前記第1収容部と前記第2収容部とに分配する第1分配器と、を有してもよい。
前記第1分配器は、流入した熱搬送媒体のうち、前記第1収容部に対して第1の割合を排出する第1排出口と、前記第2収容部に対して前記第1の割合と異なる第2の割合を排出する第2排出口と、を有してもよい。
上記の分配装置は、前記第1切替部を介して流入した前記熱搬送媒体のうち、前記第1収容部に対して前記第1の割合と異なる第3の割合を排出する第3排出口と、前記第2収容部に対して前記第2の割合と異なる第4の割合を排出する第4排出口と、を有する第2分配器と、前記第1切替部を介して流入した前記熱搬送媒体を前記第1分配器に供給するか前記第2分配器に供給するかを切り替える第2切替部をさらに有してもよい。
上記の分配装置は、前記室内の設定温度に基づいて、前記第1切替部が前記熱搬送媒体を前記ヒーター部に供給するか前記収容部に供給するかを制御する制御部をさらに有してもよい。
本発明によれば、優先度に応じて加熱対象物を温めることができるという効果を奏する。
熱制御系の構成を示す図である。 熱制御系の構成を示す図である。 熱制御系の構成を示す図である。 分配装置の動作フローチャートの一例である。 分配装置の動作フローチャートの一例である。 第2の実施形態に係る分配装置の構成を示す図である。
<第1の実施形態>
[熱制御系1の基本構成]
図1、図2及び図3は、移動体の一種である車両の熱制御系1の構成を示す図である。熱制御系1は、分配装置10と、エンジン11と、ラジエータ12と、蓄熱器13と、回収器14と、を有する。また、熱制御系1は、分配装置10、エンジン11、ラジエータ12、蓄熱器13、及び回収器14を結ぶ管を有している。図1〜図3における実線の矢印は、車両における熱搬送媒体が管を流れる向きを示している。熱搬送媒体は、例えば冷却水である。本明細書において、熱搬送媒体が管を流れる系を「熱ループ」と称する場合がある。
分配装置10は、車両の複数の加熱対象物それぞれを加熱するために用いる熱搬送媒体の量を制御する。分配装置10は、例えば、加熱対象物であるエンジンオイル、トランスミッションオイル及びディファレンシャルオイルを収容する収容部に対して熱搬送媒体を供給するか、空調用ヒーターに対して熱搬送媒体を供給するかを切り替える。なお、ディファレンシャルオイルは、トランスミッションからの回転力を駆動輪に配分するディファレンシャルで用いられる作動油である。
エンジン11は、車両を駆動するための動力を発生する。熱制御系1が搭載されている車両がトラック又はバス等の商用車である場合、エンジン11は、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンである。ラジエータ12は、エンジン11が発する熱を放熱する。エンジン11とラジエータ12との間には、熱搬送媒体を循環させる管が設けられている。
蓄熱器13は、車両内の熱を蓄える。蓄熱器13は、例えば、エンジン11が発する熱により温められた熱搬送媒体を一時的に蓄えることにより蓄熱する。蓄熱器13は、例えば、分配装置10の後段に設けられており、分配装置10を通過した熱搬送媒体を一時的に蓄えることにより熱を蓄える。蓄熱器13は、蓄えた熱により熱搬送媒体を温めてから放出してもよく、予め温められた熱搬送媒体を放出してもよい。
回収器14は、車両で発生する熱を回収し、回収した熱を熱搬送媒体との間で熱交換する熱交換器である。回収器14が回収する熱は、例えばエンジン11の排気熱又はEGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラーから排出される熱である。
熱搬送媒体が流れる管には、ポンプ21と、バルブ22と、バルブ23と、バルブ24と、バルブ25とが設けられている。ポンプ21は、バルブ22の前段に設けられており、熱搬送媒体を流すための推力を発生する。ポンプ21は、蓄熱器13又は回収器14から放出された熱搬送媒体をバルブ22へと送り出す。
バルブ22は、ポンプ21から流入した熱搬送媒体をエンジン11に流すかバルブ23を介して分配装置10に流すかを切り替える。バルブ23は、バルブ22から流入した熱搬送媒体を分配装置10に流すか、エンジン11から流入した熱搬送媒体を分配装置10に流すかを切り替える。
バルブ24は、分配装置10から流入した熱搬送媒体を蓄熱器13に流すか回収器14に流すかを切り替える。バルブ25は、蓄熱器13が放出した熱搬送媒体をポンプ21に流すか、回収器14が放出した熱搬送媒体をポンプ21に流すかを切り替える。図1及び図2に示す熱ループにおいては、蓄熱器13→バルブ25→ポンプ21→バルブ22→バルブ23→分配装置10→バルブ24→蓄熱器13の順に熱搬送媒体が流れる。
[分配装置10の構成]
分配装置10は、バルブ100と、分配器101と、第1収容部102と、第2収容部103と、第3収容部104と、ヒーター部105と、制御部109とを有する。第1収容部102は、エンジンオイルを収容するオイルパンである。第2収容部103は、トランスミッションオイルを収容するオイルパンである。第3収容部104は、ディファレンシャルオイルを収容するオイルパンである。
バルブ100は、制御部109の制御に基づいて、バルブ23から流入する熱搬送媒体を分配器101に供給するかヒーター部105に供給するかを切り替える切替部(第1切替部)である。
分配器101は、バルブ100から流入する熱搬送媒体を第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に分配する。分配器101は、予め定められた割合で熱搬送媒体を第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に分配するように、第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104のそれぞれへの排出口の大きさが決定されている。分配器101は、流入した熱搬送媒体のうちの第1の割合を第1収容部102に排出する第1排出口と、第2の割合を第2収容部103に排出する第2排出口と、第3の割合を第3収容部104に排出する第3排出口と、を有する。第2の割合及び第3の割合は、例えば第1の割合と異なる割合であってもよい。
分配器101は、例えば車両で使用されるエンジンオイル、トランスミッションオイル、及びディファレンシャルオイルの温度が最適になるように熱搬送媒体を分配できるように構成されている。分配器101は、エンジンオイル、トランスミッションオイル、及びディファレンシャルオイルに要求される温度に基づく割合で熱搬送媒体を分配できるように構成されていてもよい。分配器101は、一例として、第1収容部102に30%、第2収容部103に35%、及び第3収容部104に35%の熱搬送媒体を供給する。分配器101は、車両で使用されるエンジンオイル、トランスミッションオイル、及びディファレンシャルオイルの標準量の比に対応する割合で熱搬送媒体を分配できるように構成されていてもよい。
ヒーター部105は、車両の室内の空気と熱搬送媒体との間の熱交換を行うヒーターコアを含む。熱搬送媒体の温度が室内の空気の温度よりも高い場合、ヒーター部105は、熱搬送媒体の熱により温められた空気を室内に放出することで、室内の温度を上昇させる。ユーザは、車両のインスツルパネルに設けられた操作部により、室内の温度を設定することができる。ヒーター部105は、制御部109の制御に基づいて、室内の温度が設定された温度になるように動作する。
[制御部109による分配制御]
制御部109は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を有する。制御部109は、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより、バルブ100が、分配器101に熱搬送媒体を供給するか、ヒーター部105に熱搬送媒体を供給するかを制御する。
制御部109は、空調の動作状態に基づいてバルブ100を制御する。制御部109は、例えば、空調が動作状態に設定されており、エンジンオイル、トランスミッションオイル、及びディファレンシャルオイルの加熱よりもヒーター部105の加熱を優先する場合に、図1に示すように、バルブ23から流入する熱搬送媒体をヒーター部105に供給するようにバルブ100を制御する。また、制御部109は、例えば、空調が動作状態に設定されておらず、ヒーター部105よりもエンジンオイル、トランスミッションオイル、及びディファレンシャルオイルの加熱を優先する場合に、図2に示すように、バルブ23から流入する熱搬送媒体を分配器101に供給するようにバルブ100を制御する。
制御部109は、室内温度の設定値に基づいて、バルブ100が、分配器101に熱搬送媒体を供給するか、ヒーター部105に熱搬送媒体を供給するかを決定してもよい。制御部109は、例えば、室内温度の設定値が所定の閾値以上である場合に、図1に示す状態にして、熱搬送媒体をヒーター部105に供給するようにバルブ100を制御する。制御部109は、室内温度の設定値が所定の閾値未満である場合に、図2に示す状態にして、熱搬送媒体を分配器101に供給するようにバルブ100を制御する。
[バルブによる経路の切り替え]
制御部109は、バルブ22、バルブ23、バルブ24及びバルブ25を制御することにより、熱搬送媒体を流す経路を切り替えることができる。制御部109は、車内の空調装置を優先するかエンジン11の暖機を優先するかに基づいて、バルブ22及びバルブ23を制御する。
制御部109は、車内の空調をエンジン11の暖機よりも優先する場合、図1に示すように、ポンプ21から流入した熱搬送媒体をバルブ23に流すようにバルブ22を制御する。また、制御部109は、バルブ22から流入した熱搬送媒体を分配装置10に流すようにバルブ23を制御する。一方、制御部109は、エンジン11の暖機を空調よりも優先する場合、図3に示すように、ポンプ21から流入した熱搬送媒体をエンジン11に流すようにバルブ22を制御する。また、制御部109は、エンジン11から流入した熱搬送媒体を分配装置10に流すようにバルブ23を制御する。
また、制御部109は、エンジン11が始動してから所定の時間が経過するまでの間は、蓄熱器13から放出される熱搬送媒体が熱ループを流れるようにバルブ24及びバルブ25を制御する。具体的には、制御部109は、第1収容部102、第2収容部103、第3収容部104及びヒーター部105から排出された熱搬送媒体を蓄熱器13に流入させるようにバルブ24を制御し、蓄熱器13から放出された熱搬送媒体をポンプ21に流入させるようにバルブ25を制御する。
制御部109は、エンジン11が始動してから所定の時間が経過して、例えば蓄熱器13の温度よりも回収器14の温度の方が高くなった場合、回収器14から放出される熱搬送媒体が熱ループを流れるようにバルブ24及びバルブ25を制御する。具体的には、制御部109は、第1収容部102、第2収容部103、第3収容部104及びヒーター部105から排出された熱搬送媒体を回収器14に流入させるようにバルブ24を制御し、回収器14から放出された熱搬送媒体をポンプ21に流入させるようにバルブ25を制御する。
[分配装置10の動作フローチャート]
図4及び図5は、分配装置10の動作フローチャートの一例である。図4及び図5のフローチャートは、蓄熱器13から放出された熱搬送媒体が熱ループ内を循環する状態から開始するものとする。
まず、制御部109は、空調の設定状態を特定する(S11)。制御部109は、例えば、室温の設定値が所定の第1閾値以上である場合(S12においてYES)、バルブ23から供給される熱搬送媒体がヒーター部105に流れるようにバルブ22、バルブ23及びバルブ100を制御することにより、図1に示した状態にする(S13)。
制御部109は、室温の設定値が所定の第1閾値未満である場合(S12においてNO)、エンジン11の冷却水の温度が所定の第2閾値以上であるか否かを判定する(S14)。制御部109は、エンジン11の冷却水の温度が第2閾値以上であると判定した場合、バルブ23から供給される熱搬送媒体が第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に流れるようにバルブ100を制御することにより、図2に示した状態にする(S15)。
制御部109は、ステップS14において、エンジン11の冷却水の温度が第2閾値未満であると判定した場合、蓄熱器13から放出される熱搬送媒体がエンジン11に供給されるようにバルブ22及びバルブ23を制御することにより、図3に示した状態にする(S16)。
制御部109は、ステップS13、S15及びS16の処理を実行した後、図5に示すステップS18に処理を進めて、蓄熱器13から放出される熱搬送媒体の温度(以下、出口温度という)が、熱ループ内の熱搬送媒体の温度(以下、ループ内温度という)に等しいか否かを判定する。制御部109は、熱ループ内の熱搬送媒体の温度を、例えば、第1温度測定部106、第2温度測定部107又は第3温度測定部により検出することができる。
制御部109は、出口温度とループ内温度とが等しくない場合(S18においてNO)、ステップS11に処理を戻す。制御部109は、出口温度とループ内温度とが等しい場合(S18においてYES)、ステップS19に処理を進めて、バルブ24及びバルブ25を制御して、熱搬送媒体が、回収器14を含む熱ループ内を循環する状態に切り替える。このようにすることで、回収器14により回収された熱によって熱搬送媒体の温度が上昇する。
続いて、制御部109は、ループ内温度が所定の第3閾値以上であるか否かを判定し(S20)、ループ内温度が第3閾値以上になったと判定した場合、バルブ24及びバルブ25を制御して、熱搬送媒体が、蓄熱器13を含む熱ループ内を循環する状態(図1〜図3の状態)に切り替える(S21)。制御部109は、ステップS20において、ループ内温度が第3閾値未満であると判定した場合、ステップS20の処理を繰り返す。
制御部109は、エンジン11が停止するまでの間(S22においてNO)、ステップS11からS21までの処理を繰り返し、エンジン11が停止すると(S22においてYES)、処理を終了する。制御部109が、ステップS18〜S21までの処理を実行することにより、蓄熱器13において蓄積された熱量が低下して蓄熱器13から放出される熱搬送媒体の温度が低下した場合に、回収器14が回収した熱により熱搬送媒体の温度を上昇させることができる。そして、制御部109は、熱搬送媒体の温度が十分に上昇した場合、蓄熱器13を含む熱ループに切り替えることで、蓄熱器13に蓄熱することができる。
[分配装置10による効果]
以上説明したように、第1の実施形態に係る分配装置10は、熱搬送媒体をヒーター部105に供給するか、オイルを収容する第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に供給するかを切り替えるバルブ100を有する。分配装置10がこのような構成を有することで、分配装置10は、加熱の優先度に応じて加熱対象物を温めることができる。
例えば、制御部109は、ユーザが設定した室温が高い場合には、熱搬送媒体を優先的にヒーター部105に供給することで室温を速やかに上昇させることができるので、快適性を向上させることができる。一方、制御部109は、ユーザが設定した室温が低い場合には、優先的にオイルを収容したオイルパンに熱搬送媒体を供給することで、オイルの温度を速やかに上昇させることができるので、燃費を向上させることができる。
<第2の実施形態>
図6は、第2の実施形態に係る分配装置20の構成を示す図である。分配装置20は、複数の分配器101(101a,101b)を有する点、及びバルブ200をさらに有する点で、分配装置10と異なり、他の点で同じである。
分配器101a及び分配器101bは、それぞれ3つの排出口を有しており、それぞれの排出口が第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に結合しているという点で同じである。一方、分配器101a及び分配器101bは、3つの排出口に分配される熱搬送媒体の割合が異なっている。
分配器101aが、熱搬送媒体の第1の割合を第1収容部102に排出する第1排出口と、第2の割合を第2収容部103に排出する第2排出口とを有するとする。この場合、分配器101bは、熱搬送媒体の第1の割合と異なる第3の割合を第1収容部102に排出する第3排出口と、第2の割合と異なる第4の割合を第2収容部103に排出する第4排出口とを有する。例えば、分配器101aは、第1収容部102に50%、第2収容部103に25%、及び第3収容部104に25%の熱搬送媒体を供給する。分配器101bは、第1収容部102に25%、第2収容部103に50%、及び第3収容部104に25%の熱搬送媒体を供給する。
バルブ200は、バルブ100を介して流入した熱搬送媒体を第1分配器としての分配器101aに供給するか第2分配器としての分配器101bに供給するかを切り替える第2切替部として機能する。
制御部109は、第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104のそれぞれに収容された加熱対象物のうち、加熱の必要性が高い加熱対象物ほど熱搬送媒体の分配割合を大きくするように、バルブ200を制御することにより分配器101aと分配器101bとを切り替える。例えば、制御部109は、不図示の温度センサにより検出された第1収容部102に収容されたエンジンオイルの温度、第2収容部103に収容されたトランスミッションオイルの温度、及び第3収容部104に収容されたディファレンシャルオイルの温度に基づいて、必要な温度と検出された温度との差が大きいオイルに多くの熱搬送媒体を供給可能な分配器101を選択するようにバルブ200を制御する。
制御部109は、各オイルに関連付けてROMに記憶された温度の閾値と、検出された各オイルの温度との差に基づいて、複数の分配器101から一つの分配器101を選択してもよい。例えば、制御部109は、温度の閾値から検出温度を減算した値が大きいオイルの収容部に熱搬送媒体を分配する割合、他の収容部に熱搬送媒体を分配する割合よりも大きくする。このようにすることで、制御部109は、各オイルを適した温度にするまでの時間を短縮することができる。
制御部109は、車両で使用されるエンジンオイル、トランスミッションオイル及びディファレンシャルオイルの量に基づいて、熱搬送媒体の分配割合を決定してもよい。制御部109は、例えば、不図示のセンサによって第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に収容されているオイルの量を検出した結果に基づいて、熱搬送媒体の分配割合を決定する。
[分配装置20による効果]
以上説明したように、第2の実施形態に係る分配装置20は、それぞれ複数の排出口への熱搬送媒体の排出割合が異なる複数の分配器101を有する。そして、制御部109は、複数の分配器101から、第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に熱搬送媒体を供給する分配器101を選択することができる。このようにすることで、制御部109は、第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に収容されたオイルの状態に応じて、第1収容部102、第2収容部103及び第3収容部104に供給する熱搬送媒体の割合を制御できる。したがって、制御部109は、各オイルの温度を適切な温度にするまでに要する時間を短縮することが可能になる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、以上の説明においては、移動体が車両である場合について説明したが、移動体は車両に限らず、本発明は、航空機、船舶及び列車等の他の移動体にも適用することができる。また、本発明に係る移動体は、必ずしも移動する機能を有していなくてもよく、内燃機関を有する任意の装置であってもよい。
1 熱制御系
10 分配装置
11 エンジン
12 ラジエータ
13 蓄熱器
14 回収器
20 分配装置
21 ポンプ
22 バルブ
23 バルブ
24 バルブ
25 バルブ
100 バルブ
101 分配器
101a 分配器
101b 分配器
102 第1収容部
103 第2収容部
104 第3収容部
105 ヒーター部
109 制御部
200 バルブ

Claims (5)

  1. 熱搬送媒体を循環させる管と、
    移動体で使用されるオイルを収容し、前記オイルを前記熱搬送媒体と熱交換させる収容部と、
    室内の空気を前記熱搬送媒体と熱交換させるヒーター部と、
    前記熱搬送媒体を前記ヒーター部に供給するか前記収容部に供給するかを切り替える第1切替部と、
    を有する分配装置。
  2. 前記収容部は、
    第1オイルを収容する第1収容部と、
    前記第1オイルと異なる第2オイルを収容する第2収容部と、
    前記第1切替部を介して供給された熱搬送媒体を前記第1収容部と前記第2収容部とに分配する第1分配器と、
    を有する、
    請求項1に記載の分配装置。
  3. 前記第1分配器は、流入した熱搬送媒体のうち、前記第1収容部に対して第1の割合を排出する第1排出口と、前記第2収容部に対して前記第1の割合と異なる第2の割合を排出する第2排出口と、を有する、
    請求項2に記載の分配装置。
  4. 前記第1切替部を介して流入した前記熱搬送媒体のうち、前記第1収容部に対して前記第1の割合と異なる第3の割合を排出する第3排出口と、前記第2収容部に対して前記第2の割合と異なる第4の割合を排出する第4排出口と、を有する第2分配器と、
    前記第1切替部を介して流入した前記熱搬送媒体を前記第1分配器に供給するか前記第2分配器に供給するかを切り替える第2切替部をさらに有する、
    請求項3に記載の分配装置。
  5. 前記室内の設定温度に基づいて、前記第1切替部が前記熱搬送媒体を前記ヒーター部に供給するか前記収容部に供給するかを制御する制御部をさらに有する、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の分配装置。


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