JP2019085102A - 熱管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単な冷媒ライン及び冷却水ラインを備え、車両室内の冷暖房はだけでなく、電装部品からバッテリーまでの熱を管理することが可能な熱管理システムを提供し、電力の消費量を減らしてバッテリーの使用時間を増やす熱管理システムを提供することを目的とする。【解決手段】圧縮機、凝縮器、第１の膨張機、及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒循環ラインと、凝縮器を介して前記冷媒と熱交換する冷却水を循環させて室内を暖房する暖房ラインと、冷却水を空気又は水と熱交換して発熱源を冷却する冷却ラインと、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱管理システムに係り、より詳しくは、車両の冷暖房はもとより、車両内の電装部品及びバッテリーの熱を管理するシステムに関する。

近年、自動車分野において、環境にやさしい技術の実現及びエネルギー枯渇などの問題のソリューションとして脚光を浴びているのが電気自動車である。電気自動車は、バッテリー（又は、燃料電池）から電力を供給されて駆動するモーターによって移動するので、炭素の排出量が少なく、しかも、騒音が少ない。なお、従来のエンジンよりもエネルギー効率に優れたモーターを使用するので、環境にやさしい。

このように優れた電気自動車であるとはいえ、発熱量が大きいバッテリー及びモーターを使用するため、熱の管理が重要であり、また、バッテリーの再充電時間が長いため、効率よいバッテリー使用時間の管理が重要である。とりわけ、電気自動車は、室内の空調のために駆動する圧縮機も電気により駆動されるため、バッテリーの使用時間の管理が特に重要である。

特開２０１１−２４０７３５公報

本発明は、車両室内の冷暖房はもとより、電装部品からバッテリーまで、熱を管理することが可能な熱管理システムを提供することを目的とする。また、電力の消費量を減らしてバッテリーの使用時間を増やす熱管理システムを提供することを目的とする。更に、本発明は、構造が簡単な冷媒ライン及び冷却水ラインを備える熱管理システムを提供するところに目的がある。

上述した目的を達成するための本発明の熱管理システムは、
圧縮機２１０、凝縮器２２０、第２の膨張機２４０、及び蒸発器２４２を備え、
冷媒が循環する冷媒循環ライン２００と凝縮器２２０を介して冷媒と熱交換する冷却水を循環させて室内を暖房する暖房ライン３０１と、冷却水を空気と熱交換するか、前記冷媒と熱交換して発熱源を冷却する冷却ライン３０２と、を備える。

また、本発明の熱管理システムは、暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２が、室内の冷防暖房のモードに応じて連結又は遮蔽されることが好ましく、室内の冷房時に、暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２は、互いに連結されることが好ましく、室内の暖房時に、暖房ライン及び冷却ラインは互いに遮蔽されることが好ましい。

また、暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２は、直列の一本のラインによって連結されることが好ましく、冷却ライン３０２は、冷却ライン３０２の一方の側から分岐されて暖房ライン３０１と連結される第１の連結ライン３０２−１と、冷却ライン３０２の他方の側から分岐されて暖房ライン３０１と連結される第２の連結ライン３０２−２と、を備えることを特徴とする。

前記第１の連結ライン３０２−１、前記第２の連結ライン３０２−２、及び前記暖房ライン３０１は、一つの冷却水方向切換器によって連結又は遮断されることが好ましく、前記暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２が連結された場合は、暖房ライン３０１から冷却ライン３０２に向かって冷却水が流動する第１連結ライン３０２−１又は第２の連３０２−２に電装部品４６０が配置されることが好ましい。

前記暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２が遮蔽される場合は、電装部品４６０は、第１の連結ライン３０２−１及び第２の連結ライン３０２−２によって冷却ライン３０２に連結され、冷却水によって冷却されることが好ましい。

前記冷媒循環ライン２００は、凝縮器２２０から吐出された冷媒を細孔から噴出させるか、又はバイパスさせる第２の膨張機２４０と、第２の膨張機２４０から吐出された冷媒を空気と熱交換して第１の膨張機２２５に吐出する第２の熱交換器２３０と、を備え、凝縮器２２０から吐出された冷媒を細孔から噴出させるか、バイパスさせるか、又は流れを遮断する第３の膨張機２５１と、第３の膨張機２５１から吐出された冷媒を冷却ライン３０２の冷却水と熱交換する第２の熱交換器２３０と、を更に備えることが好ましい。

前記発熱源は、第２の熱交換器２３０と熱交換された冷却水によって冷却されることが好ましく、前記冷却ライン３０２は、冷却水を空気で冷却するためのラジエーター３１０と、ラジエーター３１０によって冷却された冷却水又は第２の熱交換器２３０によって冷却された冷却水によって冷却される発熱源を備えることが好ましく、前記第２の熱交換器２３０及び前記発熱源は、冷却ライン３０２によって直列又は並列に連結されることが好ましい。

前記暖房ライン３０１は、凝縮器２２０を介して冷媒と熱交換した冷却水と及び室内に流入した空気を熱交換させて室内を暖房する第５の熱交換器４４０と、第５の熱交換器４４０の前端に配置されて冷却水を加熱する電熱ヒーター４３０と、を備えることが好ましい。

本発明の熱管理システムは、電力の消耗量を減らしてバッテリーの使用期間を増やし、構造が単純な冷媒及び冷却水ラインの設計が可能であることから、メンテナンス及びコストが節減されるという効果を有する。

本発明の一実施形態に係る車両用の熱管理システムを示す構成図である。 図１に示す熱管理システムの室内冷房モードを説明するための図である。 図１に示す熱管理システムの室内冷房モードを説明するための図である。 図１に示す熱管理システムの室内暖房モードを説明するための図である。 図１に示す熱管理システムの室内暖房モードを説明するための図である。 図１に示す熱管理システムの室内暖房モードを説明するための図である。

本発明を十分に説明するために、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の実施形態は、種々の形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下において詳細に説明する実施形態に限定されるものと解釈されてはならない。

本実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。よって、図中の要素の形状などは、より明確な説明を強調するために誇張されて表現されてもよい。各図中、同じ部材には、同じ参照符号を付したことがあるということを留意すべきである。なお、本発明の要旨を曖昧にする可能性があると認められる公知の機能及び構成についての詳細な記述は、省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用熱管理システムを示す構成図である。
図１に示すように、本発明の熱管理システムは、大別すると、冷媒が循環する冷媒循環ライン２００と、冷却水が循環する冷却水循環ライン３００と、を備える。
冷媒循環ライン２００は、冷媒循環機２１０と、第１〜第４の熱交換器２２０、２３０、２４２、２５２と、第１〜第３の膨張機２２５、２４０、２５１と、アキュムレーター２６０と、を備える。以下に、これらについて具体的に説明する。

冷媒循環機２１０は、冷媒循環ライン２００において冷媒を循環させる心臓の役割を果たす。例えば、冷媒循環機２１０は、電動圧縮機であってもよい。以下、冷媒循環機及び電動圧縮機の両方ともに符号２１０を付して説明する。このような冷媒循環機２１０である電動圧縮機は、電力を供給されて冷媒を圧縮して吐出するが、圧縮する形態に応じて、スクロール（ｓｃｒｏｌｌ）式、斜板（ｓｗａｓｈ）式、ロータリー（ｒｏｔａｒｙ）式、及びワッブル（ｗａｂｂｌｅ）式に分けられるが、本実施形態においては、圧縮機の圧縮形式を問わずにいずれも適用可能である。

第１〜第４の熱交換器２２０、２３０、２４２、２５２は、冷媒を他の媒体（例えば、冷却水、空気）と熱交換させる役割を果たす。また、第１〜第３の膨張機２２５、２４０、２５１は、冷媒を細孔から噴出させるか、バイパス（ｂｙｐａｓｓ）させるか、又は流れを遮断する役割を果たす。

これらのうち、第１の熱交換器２２０は、冷媒循環ライン２００において凝縮器の役割を果たす。すなわち、冷媒循環機２１０から吐出された高温高圧の冷媒を送られ、これを冷却水と熱交換させて冷媒の温度を下げる。

第１の膨張機２２５は、第１及び第２の熱交換器２２０、２３０の間に配置されて冷媒を細孔から噴出させるか、又はバイパスさせる役割を果たす。このために、第１の膨張機２２５は、オリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）と、オリフィスの前後端と連結された迂回路と、が結合された形態であってもよく、感温式膨張弁（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ，ＴＸＶ）又は電子膨張機（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ，ＥＸＶ）であってもよい。

第２の膨張機２４０は、冷媒循環ライン２００をエアコンディショニングループとして使用するか、又はヒートポンプ（ｈｅａｔ ｐｕｍｐ）ループとして使用するかに応じて機能を異にする。冷媒循環ライン２００をエアコンディショニングループとして使用する場合には、冷媒をバイパスさせ、ヒートポンプループとして使用する場合には、冷媒を細孔から噴射して通過させる。

第２の熱交換器２３０は、第１の膨張機２２５と連携して、冷媒循環ライン２００において凝縮器又は蒸発器の役割を果たす。このために、第２の熱交換器２３０は、空気と冷媒とを熱交換させる構造に設計することが可能である。第２の熱交換器２３０は、第１の膨張機２２５の役割に応じて機能が変わる。すなわち、第１の膨張機２２５が冷媒をバイパスさせる場合（エアコンディショニングループであってもよい）、第１の熱交換器２２０とともに凝縮器の役割を果たし、第１の膨張機２２５が冷媒を細孔から噴出させた場合（ヒートポンプループであってもよい）、蒸発器の役割を果たす。

第２の膨張機２４０は、第２及び第３の熱交換器２３０、２４２の間に配置されて冷媒を細孔から噴出させるか、又はバイパスさせる役割を果たす。このために、第２の膨張機２４０は、オリフィスと、オリフィスの前後端が連結された迂回路と、が結合された形態であってもよく、感温式膨張弁（ＴＸＶ）又は電子膨張機（ＥＸＶ）であってもよい。第２の膨張機２４０も、冷媒循環ライン２００をエアコンディショニングループとして使用するか、又はヒートポンプループとして使用するかに応じて、機能を異にする。冷媒循環ライン２００をエアコンディショニングループとして使用する場合は、冷媒を細孔から噴出させて通過させ、ヒートポンプループとして使用する場合は、冷媒をバイパスさせるか、又は遮断する。

第３の熱交換器２４２は、空調装置１５０（車両用の空調装置（ＨＶＡＣ）であってもよい）の内部に配備されて蒸発器の役割を果たす。このために、第３の熱交換器２４２は、室内に供給される空気と冷媒とを熱交換させる構造に設計することが可能である。また、第３の熱交換器２４２は、冷媒循環ライン２００がエアコンディショニングループである場合には蒸発器の役割を果たし、冷媒循環ライン２００がヒートポンプループである場合には蒸発器又は冷媒移動路（バイパス、バイパスの役割であるときにも、蒸発器の役割を一定の部分行う）の役割を果たす。

ここで、外気温が低いため室内の暖房が必要な状態であって冷媒循環ライン２００がヒートポンプループである場合には、蒸発器は、除湿以外の役割が制限的である。したがって、第３の熱交換器２４２は、冷媒循環ライン２００がヒートポンプループである場合には、除湿のための蒸発器としての役割以外に、冷媒の移動路の役割を果たす。なお、空調装置１５０には、温度調節ドア１５１が配備されてもよい。

第３の膨張機２５１は、第２及び第４の熱交換器２３０、２５２の間に配置されて冷媒を細孔から噴出させるか、又はバイパスさせる役割を果たす。このために、第３の膨張機２５１は、オリフィスと、オリフィスの前後端と連結された迂回路と、が結合された形態であってもよく、感温式膨張弁（ＴＸＶ）又は電子膨張機（ＥＸＶ）であってもよい。第３の膨張機２５１は、冷却水の冷却が必要な状況下で冷媒を細孔から噴出させて通過させ、冷却水の冷却が必要ではない状況下では冷媒をバイパスさせるか、又は冷媒の循環を遮断する。

第４の熱交換器２５２は、冷媒循環ライン２００において、第３の膨張機２５１と連携してチラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）の役割を果たす。このために、第４の熱交換器２５２は、冷却水と冷媒とを熱交換させる構造に設計することが可能である。

アキュムレーター２６０は、第３及び第４の熱交換器２４２、２５２と冷媒循環機２１０との間に配置されて、冷媒のうち液状冷媒と気相冷媒とを分離し、気相冷媒のみを冷媒循環機２１０に送る。

冷却水循環ライン３００は、室内の暖房のための暖房ライン３０１と、バッテリー３５０又は電装部品４６０を冷却するための冷却ライン３０２と、を備える。
この場合、暖房ライン３０１は、電熱ヒーター４３０、第５の熱交換器４４０、冷却水循環機４５０、及び第１の方向切換器４２０を備える。

電熱ヒーター４３０は、冷却水を加熱する装置であって、第１の熱交換器２２０の吐出端と連結される。電熱ヒーター４３０は、第１の熱交換器２２０又はバッテリー３５０、及び電装部品４６０を介して加熱された冷却水の温度が基準値以下である場合に起動されるインダクション（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）ヒーター、シース（ｓｈｅａｔｈ）、ＰＴＣヒーター、又はＴＦ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ）ヒーターであってもよい。

第５の熱交換器４４０は、空調装置１５０の内部に配備されてヒーターコア（ｈｅａｔｅｒ ｃｏｒｅ）の役割を果たす。すなわち、第５の熱交換器４４０は、冷却水と室内に供給される空気とを熱交換させて室内を暖房する役割を果たす。

冷却水循環機４５０は、冷却水を循環させる装置であって、ポンプ（ｐｕｍｐ）の形態であってもよい。冷却水循環機４５０の冷却水の循環方向は、電熱ヒーター４３０及び第５の熱交換器４４０間の連結方向に合わせて設定されるが、冷却水循環機４５０は、冷却水が電熱ヒーター４３０を通って第５の熱交換器４４０に向かうように駆動される。

このため、図面に示すように、冷却水循環機４５０が第５の熱交換器４４０の後端にある場合には、第５の熱交換器４４０の向きとは反対の向きに冷却水を移動させ、冷却水循環機４５０が電熱ヒーター４３０の前端にある場合には、電熱ヒーター４３０の向きに冷却水を移動させる。

第１の方向切換器４２０は、暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２を選択的に連結又は遮断する役割を果たす。このために、第１の方向切換器４２０は、４方弁であってもよい。上述した第１の方向切換器４２０の選択的な連結は、熱管理システムの動作モードに基づくものであり、具体的な内容については後述する。

冷却ライン３０２は、バッテリー３５０、第６の熱交換器３１０、第２の冷却水循環機３４０、並びに第２及び第３の方向切換器３２０、３６０を備える。冷却ライン３０２は、第１〜第３の連結ライン３０２−１、３０２−２、３０２−３、及び第３の冷却水循環機３４０を更に備える。

バッテリー３５０は、車両の動力源であり、車両内の各種の電装部品の動力源である。場合によって、燃料電池と連結されて電気を貯蔵する役割を果たしたり、外部から供給される電気を貯蔵する役割を果たしたりする。

第６の熱交換器３１０は、冷却水を冷却するラジエーターの役割を果たす。すなわち、第６の熱交換器３１０は、冷却水と空気とを熱交換させてバッテリー３５０及び電装部品４６０によって加熱された冷却水を冷却する。このために、第６の熱交換器３１０は、空気の供給量を高めるためにファン３１１と共に配備されてもよい。一方、冷媒を空気と熱交換させる第２の熱交換器２３０も、ファン３１１と共に配備される場合に効率が更に高くなるが、空間の使用を最小限にするために、第２、第６の熱交換器２３０、３１０を積層した後、ファン３１１と共に配備されてもよい。

第２の冷却水循環機３４０は、冷却ライン３０２の冷却水を循環させる役割を果たし、ポンプの形態であってもよい。

第２の方向切換器３２０は、冷却ライン３０２及び暖房ライン３０１を連結する役割を果たす。熱管理システムは、動作モードに応じて、冷却ライン３０２及び暖房ライン３０１を連結又は遮断するが、この一次的な制御が第２の方向切換器３２０であり、これにより、第１の連結ライン３０２−１を介して冷却ライン３０２及び暖房ライン３０１が連結又は遮断される。なお、第２の方向切換器３２０では冷却水の流速を制御し難いため、第３の冷却水循環機４１０を第１の連結ライン３０２−１に配置する。この場合、第２の方向切換器３２０は、３方弁であってもよい。

そして、冷却ライン３０２の冷却水が暖房ライン３０１に移動する通路（第１の連結ライン３０２−１）が確保された状態で、再び暖房ライン３０１の冷却水が冷却ライン３０２に移動しなければならないために、第２の連結ライン３０２−２を備える。このとき、第２の連結ライン３０２−２には電装部品４６０が配置され、冷却水によって冷却される。

最後に、第４の熱交換器２５２と連結されて冷却水を冷却するための第３の連結ライン３０２−３が配備され、第３の方向切換器３６０によって連結の有無が決定される。第３の連結ライン３０２−３は、場合によって省略可能であり、諸略した場合には、第４の熱交換器２５２がバッテリー３５０寄りの冷却ライン３０２の冷却水と直接的に熱交換する形態であってもよい。

このように、本実施形態に係る冷却水循環ライン３００は、熱管理システムの動作モードに応じて、室内の暖房のために配備された暖房ライン３０１と、バッテリー３５０及び電装部品４６０を冷却するための冷却ライン３０２とを、連結するか又は遮断する。これを可能にするものが、第１、第２の方向切換器４２０、３２０である。特に、第１の方向切換器４２０は、暖房ライン３０１と、第１、第２の連結ライン３０２−１、３０２−２と、を連結及び遮断する４方弁に構成されているため、簡単な構造で暖房ライン３０１と冷却ライン３０２とを容易に連結及び遮断することができる。併せて、冷却水の流れを切り換える方向切換器の数を減らせる構成でもある。
以下、上述した熱管理システムの動作モードによる動作について説明する。

１．室内の冷房−冷房の負荷が小さいとき（例えば、春季、秋季）
図２は、図１に示す熱管理システムの室内冷房モードを説明するための図である。
室内の冷房モードであるため、冷媒循環機２１０が動作するが、冷房負荷が小さいため、冷媒循環機２１０は低い回転数で駆動される。これは、電力の消費量が減ることを意味する。

次いで、冷媒循環機２１０の作動につれて、高温高圧の冷媒が吐出され、この冷媒が第１の熱交換器２２０において冷却水と熱交換されて冷却される。次いで、第２の膨張機２２５が冷媒をバイパスさせて第２の熱交換器２３０に送り、第２の熱交換器２３０は、冷媒を空気と熱交換させて更に冷却する。すなわち、第１及び第２の熱交換器２２０、２３０が凝縮器の役割を果たして冷媒を凝縮する。

次いで、第１の膨張機２４０は、冷媒を細孔から噴出させ、第３の熱交換器２４２は、冷媒を蒸発させて室内を冷房する。そして、第３の膨張機２５１は、冷媒の流れを遮断して第４の熱交換器２５２の向きに冷媒が流れないようにする。次いで、冷媒は、アキュムレーター２６０を通過した後、冷媒循環機２１０に送られて以前の動作を繰り返し行いながら循環する。

一方、冷却水は、冷却水循環機３４０、４１０、４５０によって循環され、バッテリー３５０、電装部品４６０、及び第１の熱交換器２２０の熱を吸収して加熱される。逆に、冷却水によってバッテリー３５０、電装部品４６０、及び第１の熱交換器２２０の冷媒は冷却される。このとき、第１の方向切換器４２０は、暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２を連結する向きに冷却水を循環させ、これによって、バッテリー３５０、電装部品４６０、及び第１の熱交換器２２０などの発熱源は、冷却水によって連結される。すなわち、第１の方向切換器４２０は、冷却水ラインを単純化させて、上述した発熱源３５０、４６０、２２０の冷却効率を増大させる向きに冷却水の流れを導く。

加熱された冷却水は、第６の熱交換器３１０において空気と熱交換されて冷却された後、再びバッテリー３５０と、電装部品４６０及び第１の熱交換器２２０に送られてバッテリー３５０と電装部品４６０を冷却し、この過程を繰り返し行う。

まとめると、室内の冷房は、冷媒循環機２１０と、凝縮器の役割を果たす第１の熱交換器２２０と、第２の熱交換器２３０と、第２の膨張機２４０及び蒸発器の役割を果たす第３の熱交換器２４２につながるエアコンディショニングループを介して行われる。このとき、冷媒の凝縮は、２次（水冷及び空冷）にわたって行われて効率が高い。

そして、発熱源であるバッテリー３５０と電装部品４６０の冷却は、ラジエーター３１０を介した空冷によって行われる。以上において仮定したように、発熱源３５０、４６０、特に、バッテリー３５０の冷却負荷が小さいため発熱源３５０、４６０を空冷で冷却するが、この場合、第４の熱交換器２５２を起動しなくても済むので、冷媒負荷が小さくなって冷媒循環機２１０の回転数（ＲＰＭ）を低めることができる。すなわち、上述したように、電力の消耗量を減らすことができる。

２．室内の冷房−冷房の負荷が大きいとき（例えば、夏季）
図３は、図１に示す熱管理システムの室内冷房モードを説明するための図である。ここで、図２と重複する内容についての説明は省略する。

室内の冷房モードであるため冷媒循環機２１０が作動されるが、冷房負荷が大きいため、冷媒循環機２１０は、高い回転数（ＲＰＭ）で駆動される。次いで、冷媒循環機２１０の動作につれて高温、高圧の冷媒が吐出され、この冷媒は、第１の熱交換器２２０において冷却水と熱交換されて冷却される。次いで、第２の膨張機２２５が冷媒をバイパスさせて第２の熱交換器２３０に送り、第２の熱交換器２３０は、冷媒を空気と熱交換させて更に冷却する。すなわち、第１及び第２の熱交換器２２０、２３０が凝縮器の役割を果たして冷媒を凝縮する。

次いで、第１の膨張機２４０は、冷媒を細孔から噴出させ、第３の熱交換器２４２は、冷媒を蒸発させて室内を冷房する。そして、第３の膨張機２５１も冷媒を細孔から噴出させ、第４の熱交換器２５２は、冷媒と冷却水を熱交換させる。すなわち、第４の熱交換器２５２は、冷媒で冷却水を冷却する。次いで、冷媒は、アキュムレーター２６０を通過した後、冷媒循環機２１０に送られて以前の動作を繰り返し行いながら循環する。

一方、冷却水は、第２の冷却水循環機３４０と、第３の冷却水循環機４１０及び冷却水循環機４５０によって循環され、バッテリー３５０と、電装部品４６０及び第１の熱交換器２２０の熱を吸収して加熱される。逆に、冷却水によってバッテリー３５０、電装部品４６０、及び第１の熱交換器２２０の冷媒が冷却される。このとき、冷却ライン３０２は、第２、第３の方向切換器３２０、３６０によって、電装部品４６０及び第１の熱交換器２２０の冷媒を冷却するための第１の冷却ライン、並びにバッテリー３５０を冷却するための第２の冷却ラインに分けられる。

冷却水を冷却するときに冷媒を利用することが効率的であるとはいえ、全ての発熱源３５０、４６０、２２０を冷媒で冷却した場合には、冷媒に負荷がかかって、室内の冷房に悪影響を及ぼす。これを防ぐために、バッテリー３５０のみを冷媒で冷却し、残りの発熱源４６０、２２０は、第６の熱交換器３１０であるラジエーターを介して冷却する。

まとめると、室内の冷房は、冷媒循環機２１０、凝縮器の役割を果たす第１の熱交換器２２０及び第２の熱交換器２３０、並びに第２の膨張機２４０及び蒸発器の役割を果たす第３の熱交換器２４２につながるエアコンディショニングループを介して行われる。そして、発熱源のうち電装部品４６０の冷却は、ラジエーター３１０を介した空冷によって行われ、バッテリー３５０の冷却は、チラー２５２を介した冷媒によって冷却される。

３．室内の暖房
図４〜図６は、図１に示す熱管理システムの室内暖房モードについて説明するための図である。ここで、図２及び図３と重複する内容についての説明は省略する。
まず、図４に示すように、冷媒循環機２１０が作動されるが、室内の暖房であるため低回転数（ＲＰＭ）又は中回転数（ＲＰＭ）で駆動される。

次いで、冷媒循環機２１０の作動につれて高温、高圧の冷媒が吐出され、この冷媒は、第１の熱交換器２２０において冷却水と熱交換されて冷却される。逆に、第１の熱交換器２２０の冷媒によって冷却水が加熱される。次いで、第２の膨張機２２５が冷媒を細孔から噴出させ、第２の熱交換器２３０は、冷媒を蒸発させる。すなわち、第１の熱交換器２２０は、凝縮器として動作し、第２の熱交換器２３０は、蒸発器として動作する。

次いで、第１の膨張機２４０は、第３の熱交換器２４２に流れる冷媒を遮断する。室内の暖房であるため、蒸発器として用いられる第３の熱交換器２４２が不要になるからである。そして、第３の膨張機２５１が冷媒をバイパスさせて第４の熱交換器２５２に送る。第４の熱交換器２５２においては、冷媒が冷却水の熱を吸収して加熱される。次いで、冷媒は、アキュムレーター２６０を通過した後、冷媒循環機２１０に送られて以前の動作を繰り返し行いながら循環される。

一方、冷却水は、第１及び第２の方向切換器４２０、３２０によって暖房ライン３０１及び冷却ライン３０２それぞれが閉ループを形成する。暖房ライン３０１は、第１の熱交換器２２０によって加熱された冷却水を第５の熱交換器４４０に流通させて室内を暖房する。すなわち、暖房ライン３０１は、高温の冷媒から熱を伝達された冷却水を用いて室内を暖房する。もし、冷媒から伝達された熱の温度が十分ではない場合は、電熱ヒーター４３０を用いて冷却水を加熱してもよい。

冷却ライン３０２は、バッテリー３５０及び電装部品４６０を連結する閉ループであって、電装部品４６０をバッテリー３５０の昇温（ｗａｒｍｕｐ）用の発熱源として使用する。このとき、第６の熱交換器３１０には冷却水を流動させず、これに伴い、ファン３１１が動作しないので電力の消耗量が減る。

この場合、室内を暖房するということは、外気温が低いということであり、バッテリー３５０を冷却するための手段の必要性が高くないということを意味するため、第６の熱交換器３１０及びファン３１１を使用しない。しかしながら、初冬、晩春のように室内の暖房をするとはいえ、外気温がそれほど低くない状況では、第６の熱交換器３１０及びファン３１１を用いて冷却ライン３０２の冷却水を冷却してもよい。

また、図５に示すように、バッテリー３５０の温度に応じて、第３の方向切換器３６０及び第２の冷却水循環機３４０を制御してバッテリー３５０と電装部品４６０の冷却水の流れを遮断したり流速を低減させたりしてもよい。すなわち、第２の冷却水循環機３４０を駆動しないので、電力の消耗量を減らすことができる。バッテリーの温度が十分に高くないため、空調においてバッテリーの廃熱を活用し難い条件下でバッテリー３５０側の冷却水の流れを遮断する。

まとめると、室内の暖房は、高温の冷媒によって加熱された冷却水を用いて行う。更に電熱ヒーター４３０で冷却水を加熱して室内の暖房を行ってもよい。冷媒循環ライン２００がヒートポンプとして動作し得る構成を備えているが、室内の暖房は、冷媒ではなく、冷却水で行う。したがって、冷媒循環ライン２００における第２の熱交換器２３０及び第１の膨張機２２５は、場合によって削除可能である。

図６は、穏やかな天気の室内の暖房モードを説明するための図である。図６に示すように、冷媒循環機２１０は動作しない。すなわち、室内暖房において、冷媒循環ライン２００には冷媒が流れない。したがって、冷媒循環機２１０が動作しないので、電力の消耗量を減らすことができる。冷却水循環ライン３００は、第６の熱交換器３１０に流れる冷却ライン３０２と第３の連結ライン３０２−３とを除いては、いずれも連結されて冷却水を流通させる。

室内の暖房のための熱源は、バッテリー３５０及び電装部品４６０である。室外が穏やかな天気であるため、室内の温度が高いことが求められず、これにより、バッテリー３５０及び電装部品４６０だけでも暖房を行うことが可能である。更なる暖房のために、電熱ヒーター４３０を駆動してもよい。

そして、バッテリー３５０は、電装部品４６０によって加温（ｗａｒｍｕｐ）される。もし、電装部品４６０の温度がバッテリー３５０を十分に昇温できない温度であれば、電熱ヒーター４３０を使用してバッテリー３５０を昇温させてもよい。バッテリーの昇温は、バッテリーの充電に際して充電効率を増加させることができるという効果もある。

まとめると、穏やかな天気において室内の暖房は冷媒の流動なしに、バッテリー３５０及び電装部品４６０の廃熱によって加熱された冷却水で行う。冷媒循環機２１０が駆動しないので、電力の消耗量が少ないというメリットがある。

また、電装部品４６０又は電熱ヒーター４３０によってバッテリー３５０が昇温されるので、バッテリー３５０の初期の動作性能が向上するというメリットがある。
最終的にまとめると、本実施形態は、従来の冷房だけでなく暖房（ヒートポンプ）まで行うために、複雑な冷媒ラインと様々な発熱源（電装部品及びバッテリー）及び冷却源（ラジエーター、ファン、チラー）によって発生した複雑な冷却水ラインを単純化させた構造である。なお、冷媒と冷却水を適切に熱交換させて冷／暖房に活用し、発熱源を冷却する上でも活用する。

外気温に応じて適切に電力消耗源（圧縮機、冷却水ポンプ）への電力の供給を遮断して電力の消耗量を減らし、これを通じて、電気自動車の走行距離を向上させることができる。なお、発熱源の廃熱を回収する構造であって、電力の消耗量を減らすことができるという効果がある。

上述した本実施形態のような熱管理システムは単なる例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、これらから種々の変形が行え、かつ、均等な他の実施形態が採用可能であるということが理解できる筈である。よって、本発明は、上記の詳細な説明の欄において言及される形態にのみ限定されるものではないということが理解できる筈である。

例えば、本実施形態において言及したアキュムレーター２６０は、凝縮器である第１の熱交換器２２０と第１の膨張機２２５との間に配置されるレシーバードライヤー（ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｄｒｉｅｒ）に置き換えられてもよい。
また、冷媒循環ライン２００における第２の熱交換器２３０及び第１の膨張機２２５は、場合によって削除可能である。

すなわち、第１の熱交換器２２０でも冷媒の凝縮が十分に行える限りにおいて、冷媒循環ライン２００を単に圧縮機、凝縮器、膨張機、蒸発器のみによって構成してもよい。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的な思想によって定められるべきである。なお、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神とその範囲内にある全ての変形物と均等物及び代替物を含むものと理解されるべきである。

１５０ 空調装置
１５１ 温度調節ドア
２００ 冷媒循環ライン
２１０ 冷媒循環機、電動圧縮機
２２０ 第１の熱交換器、凝縮器
２２５ 第１の膨張機
２３０ 第２の熱交換器
２４０ 第２の膨張機
２４２ 第３の熱交換器
２５１ 第３の膨張機
２５２ 第４の熱交換器
２６０ アキュムレーター
３００ 冷却水循環ライン
３０１ 暖房ライン
３０２−１ 第１の連結ライン
３０２−２ 第２の連結ライン
３０２−３ 第３の連結ライン
３０２ 冷却ライン
３１０ 第６の熱交換器
３２０ 第２の方向切換器
３４０ 第２の冷却水循環機
３５０ バッテリー
３６０ 第３の方向切換器
４１０ 第３の冷却水循環機
４２０ 第１の方向切換器
４３０ 電熱ヒーター
４４０ 第５の熱交換器
４５０ 冷却水循環機
４６０ 電装部品

Claims (15)

1. 圧縮機、凝縮器、第１の膨張機、及び蒸発器を備え、冷媒が循環する冷媒循環ラインと、
   前記凝縮器を介して前記冷媒と熱交換する冷却水を循環させて室内を暖房する暖房ラインと、
   冷却水を空気と熱交換するか、前記冷媒と熱交換して発熱源を冷却する冷却ラインと、
   を備えることを特徴とする熱管理システム。
2. 前記暖房ライン及び冷却ラインは、室内の冷暖房のモードに応じて連結又は遮蔽されることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
3. 前記室内の冷房時に、前記暖房ライン及び冷却ラインは、互いに連結されることを特徴とする請求項２に記載の熱管理システム。
4. 前記室内の暖房時に、前記暖房ライン及び冷却ラインは、互いに遮蔽されることを特徴とする請求項２に記載の熱管理システム。
5. 前記暖房ライン及び冷却ラインは、直列の一本のラインによって連結されることを特徴とする請求項３に記載の熱管理システム。
6. 前記冷却ラインは、
   前記冷却ラインの一方の側から分岐されて前記暖房ラインと連結される第１の連結ラインと、
   前記冷却ラインの他方の側から分岐されて前記暖房ラインと連結される第２の連結ラインと、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の熱管理システム。
7. 前記第１の連結ライン、前記第２の連結ライン、及び前記暖房ラインは、一つの冷却水方向切換器によって連結又は遮断されることを特徴とする請求項６に記載の熱管理システム。
8. 前記暖房ライン及び前記冷却ラインが連結された場合は、前記暖房ラインから前記冷却ラインに向かって冷却水が流動する前記第１の連結ライン及び前記第２の連結ラインに電装部品が配置されることを特徴とする請求項６に記載の熱管理システム。
9. 前記暖房ライン及び前記冷却ラインが遮蔽された場合には、前記電装部品は、前記第１の連結ライン及び前記第２の連結ラインによって前記冷却ラインに連結されて、前記冷却水によって冷却されることを特徴とする請求項８に記載の熱管理システム。
10. 前記冷媒循環ラインは、
    前記凝縮器から吐出された冷媒を細孔から噴出させるか、又はバイパスさせる第２の膨張機と、
    前記第２の膨張機から吐出された冷媒を空気と熱交換して前記第１の膨張機に吐出する第１の熱交換器と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
11. 前記凝縮器から吐出された冷媒を細孔から噴出させるか、バイパスさせるか、又は流れを遮断する第３の膨張機と、
    前記第３の膨張機から吐出された冷媒を前記冷却ラインの前記冷却水と熱交換する第２の熱交換器と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。
12. 前記発熱源は、前記第２の熱交換器と熱交換された冷却水によって冷却されることを特徴とする請求項１１に記載の熱管理システム。
13. 前記冷却ラインは、前記冷却水を空気で冷却するためのラジエーターと、
    前記ラジエーターによって冷却された冷却水又は前記第２の熱交換器によって冷却された冷却水によって冷却される発熱源と、
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の熱管理システム。
14. 前記第２の熱交換器及び前記発熱源は、前記冷却ラインによって直列又は並列に連結されることを特徴とする請求項１３に記載の熱管理システム。
15. 前記暖房ラインは、前記凝縮器を介して前記冷媒と熱交換した冷却水と、前記室内に流入した空気と、を熱交換させて前記室内を暖房する第３の熱交換器と、
    前記第５の熱交換器の前端に配置されて前記冷却水を加熱する電熱ヒーターと、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱管理システム。

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