JP5994588B2 - 熱交換システム - Google Patents
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Description
請求項13に記載の発明では、流路切替え手段(34)は、非除霜時に冷却液を蓄熱バイパス流路(2RB)に流して蓄熱し、除霜時に蓄熱バイパス流路(2RB)への流入を停止させて、蓄熱された冷却液を第2熱交換器(5B)側に流入させることを特徴としている。
以下、本発明の第1実施形態について図1を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態を示す冷房回路の作動説明図である。図1に示すように、熱交換システム100は、例えば走行用モータを走行用駆動源として備える電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、あるいはプラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される装置である。この装置は、機器(図示しないインバータ、電動発電機1等)の冷却を行うと共に、エアコンサイクルによる冷凍サイクル2での冷房運転を可能としている。
この第1実施形態では、凝縮器5Aのチューブと熱交換器5Bのチューブの配置を交互配置として、風流れに対して実質均等に冷却されるようにしている。しかし、三流体熱交換器4は、2列コアにて製作されているため、三流体熱交換器4内の低温熱交換器の一部である熱交換器5Bと凝縮器5Aとの関係を自由に設計できる。例えば、熱交換器5Bを風流れの上流側とし凝縮器5Aを風流れの下流側としても良い。勿論この反対に、凝縮器5Aを風流れの上流側とし熱交換器5Bを風流れの下流側としても良い。
(冷房運転)
エアコンサイクル2においては、図1中の矢印で示すように、圧縮機3から吐出された冷媒は、凝縮器5A、冷房絞り20、蒸発器17、圧縮機3の順に循環する。ヒータコア16はエアミックスドア22によって閉じられており、室内ユニット18内の空調用空気はヒータコア16を通過しないため、エンジン冷却液はヒータコア16において空調用空気にほとんど放熱することがない。
第1実施形態では、冷凍サイクル2を成す第1流体回路1R内の放熱器となる熱交換器5Aと、発熱を伴う機器となる電動発電機1の冷却液が流れる第2流体回路(冷却回路)2Rを有する熱交換システムを構成している。冷却回路2Rの冷却液の放熱は、送風機11によって流される風の風上および風下に配置された複数の低温熱交換器5B、5Cにて分割して放熱している。
次に、本発明の第2実施形態について図3を使用して説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。なお、第2実施例以下については、第1実施例と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。図1と図3の違いは、第2熱交換器5Bと第3熱交換器5Cの接続が直列か並列かという違いであり、図1では電動発電機MGの冷却水が並列に流れ図3では直列に流れている。
このように第2実施形態においては、複数の熱交換器5A、5Bのうち、少なくとも放熱器(凝縮器)を成す第1熱交換器5Aが風上側に配置されている。第1熱交換器5Aを通過する風流れ方向に実質的に同一位置にて冷却回路の放熱を行う第2熱交換器5Bが放熱器に隣接または一体に配置されている。この第2熱交換器5Bと同一の冷却液が流れかつ熱源となる電動発電機1の放熱を行う第3熱交換器5Cを風下側に配置している。
次に、本発明の第3実施形態について図4に基づいて説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図4と図1との相違点は液冷凝縮器30およびブライン用ポンプ30aを圧縮機3側と三流体熱交換器4との間に配置して熱伝達を中継する独立した冷却液(本発明ではブラインと呼ぶ)の回路も受けた点にある。この場合、三流体熱交換器4内を流れる流体は図1の場合は冷却液(LLC)と冷媒であるが図4の場合は三流体熱交換器4内を流れる流体を冷却液(LLC)に統一できる。これにより三流体熱交換器4の設計製造(検査を含む)が容易になる。つまり冷媒と冷却液の間では耐圧や腐食に対する対策が異なるが、三流体熱交換器4の内部流体を同じ冷却液とすることで製造等が容易になる。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図5は、本発明の第4実施形態を示すヒートポンプサイクルの作動説明図である。この図5において、冷凍サイクル2を成す第1流体回路1Rは、ヒートポンプサイクルを構成している。
以下、その他の構成について説明する。ヒートポンプサイクルの室外熱交換器を三流体熱交換器4内の熱交換器5Aで構成し、制御装置14を備えている。ヒートポンプユニットを構成する室内放熱器16a、および蒸発器17によって、車両室内の空調(冷房運転、暖房運転)を行うユニットが、室内ユニット18として設けられている。
次に、上記構成に基づく作動について説明する。制御装置14は、第2流体回路2Rを成す冷却回路において、ポンプ7を作動させる。すると、第2流体回路2R内の冷却液は、電動発電機1、ポンプ7、第3熱交換器5Cの順に循環する。
制御装置14は、ヒートポンプサイクルの冷房サイクルにおいて、電気式膨張弁31を開き、三方弁33によって冷房絞り20側を開き、アキュムレータ32側を閉じ、圧縮機3、および送風機11を作動させる。また、制御装置14は、室内ユニット18において、ブロワ21を作動させ、エアミックスドア22によって室内放熱器16aを閉じるように(図5中の破線のように)開度を調節する。
制御装置14は、図5に示すように、ヒートポンプサイクルにおいて、電気式膨張弁31内の流路を絞り、三方弁33によってアキュムレータ32側を開き、冷房絞り20側を閉じ、圧縮機3、および送風機11を作動させる。また、制御装置14は、室内ユニット18において、ブロワ21を作動させ、エアミックスドア22によってバイパス流路25を閉じるように(図5中の実線のように)開度を調節する。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図6は、本発明の第5実施形態を示すヒートポンプサイクルの作動説明図であり、電動発電機1の冷却回路に除霜用の蓄熱バイパス流路2RBを設けたものである。
次に、上記構成に基づく第5実施形態の作動について更に詳しく説明する。制御装置14は、第2流体回路(冷却回路)2Rを成す冷却回路において、流路切替え弁34によって蓄熱用バイパス流路2RB側を開き、熱交換器5B、5C側を閉じ、ポンプ7を作動させる。すると、冷却回路2R内の冷却液は、ポンプ7、流路切替え弁34、蓄熱用バイパス流路2RB、電動発電機1、ポンプ7の順に循環する。電動発電機1の作動に伴って発生する熱は、冷却液に放熱され、電動発電機1は冷却される。
暖房運転中においては、室外熱交換器となる第1熱交換器5Aは、熱交換用空気から冷媒に吸熱するので、熱交換用空気は熱交換により温度が低下する。そして、冬場のように外気温度が低く、熱交換によって熱交換用空気の温度が空気中に含まれる水蒸気の露点温度を下回ると、水蒸気は凝縮水となる。更に、熱交換用空気の温度が低下して0℃以下となると、凝縮水は凍結して霜となって第1熱交換器5A(三流体熱交換器4)の表面に付着してしまう。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。第6実施形態は、図7の第3熱交換器5Cをエンジン40の冷却液の熱を放熱するエンジンラジエータ10(第4熱交換器5D)と一体化したものである。この一体化により熱交換器全体の空間に占める体積を縮小することができる。
(第6実施形態の変形例)
上記のように、第1の三流体熱交換器(5A、5B)が風上側で一体化して構成され、第2の三流体熱交換器(5C、5D)が風下側で一体化して構成されているが、これら第1の三流体熱交換器(5A、5B)と第2の三流体熱交換器(5C、5D)とを更に一体化しても良い。この一体化された複合三流体熱交換器(5A、5B、5C、5D)を図7の1点鎖線にて示す。複合三流体熱交換器(5A、5B、5C、5D)においては、全ての熱交換器部分5A、5B、5C、5Dがアウターフィンを介して熱的および機械的に結合されている。
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の実施形態では、三流体熱交換器を2列コアで形成したが1列コアで形成することができる。また、熱交換器5A、5B間は互いに熱伝導可能な構造であれば良く、風流れに対して熱交換器5Aを風上、熱交換器5Bを風下の関係においても良いし、逆にしても良い。更には、渾然一体化して風上風下の関係をなくしても良い。
図14は、冷却回路2Rに接続されて冷却液の放熱を行う複数の熱交換器5B、5Cに係る本発明実施形態、およびその変形例のまとめを図示したものである。なお、第1熱交換器5Aは、第2熱交換器と一体であるが、図示を省略している。
2RB 蓄熱バイパス流路
10 エンジンラジエータ
30 液冷凝縮器
33、31 冷房暖房切替え手段(三方弁33、電気式膨張弁31)
5A 第1熱交換器(放熱器、凝縮器、吸熱器、空調用熱交換器)
5B 第2熱交換器
(5B、5C) 複数の熱交換器(第2第3熱交換器、低温熱交換器)
5C 第3熱交換器
5D 第4熱交換器(エンジンラジエータ、エンジン用熱交換器)
Claims (18)
- 少なくとも冷凍サイクルの放熱を行う第1熱交換器(5A)と、
発熱を伴う機器(1)の冷却液が流れる冷却回路(2R)と、
前記冷却回路(2R)に接続されて前記冷却液の放熱を行う複数の熱交換器(5B、5C)と、
前記第1熱交換器(5A)と前記複数の熱交換器(5B、5C)とに送風して冷却する送風機(11)と、を備え、
前記冷却回路(2R)の放熱は、前記複数の熱交換器(5B、5C)のうち、前記送風機(11)の送風の風上側に配置された熱交換器(5B)と風下側に配置された熱交換器(5C)とに分けて行われ、
前記複数の熱交換器(5B、5C)のうち前記風上側に配置された熱交換器(5B)は、前記第1熱交換器(5A)と熱的に結合され、自身で放熱すると共に前記第1熱交換器(5A)を介しても放熱し、前記第1熱交換器(5A)と前記風上側に配置された熱交換器(5B)とが、前記風下側に配置された熱交換器(5C)に対して、風上側に配置されていることを特徴とする熱交換システム。 - 前記第1熱交換器(5A)は、車両の室内を空調する第1流体回路(1R)の一部を成す空調用熱交換器からなり、
前記冷却回路(2R)は、前記車両のエンジン(40)以外の発熱を伴う前記機器(1)を冷却する第2流体回路(2R)から成ることを特徴とする請求項1に記載の熱交換システム。 - 前記複数の熱交換器(5B、5C)は、風上側に配置された第2熱交換器(5B)と風下側に配置された第3熱交換器(5C)とから成り、
前記第2熱交換器(5B)が前記第1熱交換器(5A)に隣接または一体に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の熱交換システム。 - 圧縮機(3)で圧縮された冷媒が液冷凝縮器(30)で冷却されたのち、該液冷凝縮器(30)内を流れる前記冷却液から成るブラインの熱を放熱するブライン用熱交換器から前記第1熱交換器(5A)が構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の熱交換システム。
- 前記第1熱交換器(5A)と前記複数の熱交換器(5B、5C)のうち風上側に配置された熱交換器(5B)とは、コアの一部で熱伝導する三流体熱交換器(4)から構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の熱交換システム。
- 前記第2熱交換器(5B)と前記第3熱交換器(5C)とは、これらの熱交換器(5B、5C)の内部流体となる前記冷却液の流れが並列であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換システム。
- 前記第2熱交換器(5B)と前記第3熱交換器(5C)とは、これらの熱交換器(5B、5C)の内部流体となる前記冷却液の流れが直列であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換システム。
- 前記第3熱交換器(5C)が前記内部流体の上流側に配置され、前記第2熱交換器(5B)が下流側に配置されていることを特徴とする請求項7に記載の熱交換システム。
- 前記第2熱交換器(5B)の流量を調整する流調弁(8)を備え、
前記冷却液の温度が所定の温度以上に達したとみなされた場合に、前記流調弁(8)が開かれ、
前記第3熱交換器(5C)のみでなく前記第2熱交換器(5B)側でも放熱されることを特徴とする請求項6に記載の熱交換システム。 - 前記冷凍サイクルは、車両の室内を冷房および暖房可能なヒートポンプサイクルから成り、暖房サイクルと冷房サイクルとを切り替える冷房暖房切替え手段(33、31)を備え、
前記冷房サイクルの前記第1熱交換器(5A)は、前記暖房サイクルに切り替わったときに吸熱器として作動することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の熱交換システム。 - 前記冷凍サイクルは、車両の室内を冷房および暖房可能なヒートポンプサイクルから成り、暖房サイクルと冷房サイクルとを切り替える冷房暖房切替え手段(33、31)を備え、
前記冷房サイクルの前記第1熱交換器(5A)は、前記暖房サイクルに切り替わったときに吸熱器として作動し、前記暖房サイクルの作動時には前記第2熱交換器(5B)側に前記冷却液が流れるように前記流調弁(8)が制御されることを特徴とする請求項9に記載の熱交換システム。 - 前記冷凍サイクルは、車両の室内を冷房および暖房可能なヒートポンプサイクルから成り、暖房サイクルと記冷房サイクルとを切り替える冷房暖房切替え手段(33、31)が備られ、
前記冷房サイクルの前記第1熱交換器(5A)は、前記暖房サイクルに切り替わったときに吸熱器として作動し、
前記冷却回路側に少なくとも前記第2熱交換器(5B)をバイパスする蓄熱バイパス流路(2RB)が備られ、
前記蓄熱バイパス流路(2RB)側と前記第2熱交換器(5B)側への前記冷却液の流入を切り替える流路切替え手段(34)が備られ、この流路切替え手段(34)により、前記吸熱器の除霜時に前記蓄熱バイパス流路(2RB)を通過した前記冷却液が前記第2熱交換器(5B)側に流入することを特徴とする請求項3、6、7、8、9、および11のいずれか一項に記載の熱交換システム。 - 前記流路切替え手段(34)は、非除霜時に前記冷却液を前記蓄熱バイパス流路(2RB)に流して蓄熱し、除霜時に前記蓄熱バイパス流路(2RB)への流入を停止させて、蓄熱された前記冷却液を前記第2熱交換器(5B)側に流入させることを特徴とする請求項12に記載の熱交換システム。
- 前記冷却回路の機器(1)はエンジン(40)を除く機器から成り、前記第3熱交換器(5C)は、前記エンジン(40)の前記冷却回路のエンジン用熱交換器(5D)と一体であることを特徴とする請求項3、6、7、8、9、11、12および13のいずれか一項に記載の熱交換システム。
- 前記第3熱交換器(5C)と前記エンジン用熱交換器(5D)とはコアの一部で相互に熱伝導すると共に空気と熱交換する三流体熱交換器(5C、5D)として一体化された構造からなることを特徴とする請求項14に記載の熱交換システム。
- 前記第1熱交換器(5A)と前記第2熱交換器(5B)とが、コアの一部で相互に熱伝導する第1の三流体熱交換器(5A、5B)として風上側で一体化して構成され、前記第3熱交換器(5C)と前記エンジン用熱交換器(5D)とが、コアの一部で相互に熱伝導する第2の三流体熱交換器(5C、5D)として風下側で一体化して構成されていることを特徴とする請求項14に記載の熱交換システム。
- 前記第1の三流体熱交換器(5A、5B)と前記第2の三流体熱交換器(5C、5D)とが更に一体化され、前記第1熱交換器(5A)と前記第2熱交換器(5B)と前記第3熱交換器(5C)と前記エンジン用熱交換器(5D)とが共通のコアの一部で熱伝導していることを特徴とする請求項16に記載の熱交換システム。
- 前記風上側に配置された前記第2熱交換器(5B)と風下側に配置された前記第3熱交換器(5C)とは、これらの熱交換器(5B、5C)の内部流体となる前記冷却液の流れが前記第3熱交換器(5C)から前記第2熱交換器(5B)に向けて直列に流れ、風流れに対して前記冷却液の流れが対向流となることを特徴とする請求項7または8に記載の熱交換システム。
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