JP6112039B2 - 車両用熱管理システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に用いられる熱管理システムに関するものである。
従来、特許文献1には、電気自動車のモータジェネレータ、インバータ、バッテリおよび車室を冷却する熱制御装置が記載されている。
この従来技術の熱制御装置は、モータジェネレータおよびインバータを冷却する冷却水を循環させる冷却回路と、バッテリおよび車室の冷却に用いられる冷却水を循環させる第1循環回路と、室外熱交換器を通過して外気との間で熱交換が行われる冷却水を循環させる第2循環回路とを備えている。
さらに熱制御装置は、冷却回路と第1循環回路との断接を行う第1バルブ、冷却回路を第1循環回路及び第2循環回路のいずれかに接続する第2バルブ、及び冷却回路と第2循環回路との断接を行う第3バルブを備え、それら各バルブの制御を通じて冷却回路の接続先を第1循環回路と第2循環回路との間で切り換えるようにしている。
第2循環回路を循環する冷却水と第1循環回路を循環する冷却水との間では、熱移動装置による熱の移動を行うことが可能となっている。この熱移動装置は、第1循環回路の冷却水と第2循環回路の冷却水との間で、低温の冷却水から高温の冷却水への熱の移動を行う。
そして、第1循環回路の冷却水の熱を熱移動装置によって第2循環回路の冷却水へ移動させ、第2循環回路の冷却水の熱を室外熱交換器で外気に放熱することによって、バッテリおよび車室を冷却することができる。
また、冷却回路を第1〜第3バルブで第1循環回路または第2循環回路に接続して、冷却回路の冷却水の熱を第2循環回路の室外熱交換器で外気に放熱することによって、モータジェネレータおよびインバータを冷却することができる。
特開2011−121551号公報
上記従来技術によると、モータジェネレータ、インバータおよびバッテリといった複数個の機器を冷却する冷却システムにおいて、室外熱交換器が1つだけで済むという利点があるものの、全体の回路構成が複雑になるという問題がある。この問題は機器の個数が多くなるほど顕著になる。
例えば、モータジェネレータ、インバータ、バッテリの他にも冷却を必要とする機器としてEGRクーラ、吸気冷却器などがあり、それらの機器は、要求される冷却温度が互いに異なる。
そのため、各機器を適切に冷却すべく各機器に循環する冷却水を切り替え可能にしようとすると、機器の個数に応じて循環回路の個数が増え、それに伴って各循環回路と冷却回路との断接を行うバルブの個数も増えるので、各循環回路と冷却回路とを接続する流路の構成が非常に複雑になってしまう。
そこで、本出願人は、先に特願2012−278552号(以下、先願例と言う。)にて、機器に循環する冷却水(熱媒体)を切り替えることのできる車両用熱管理システムの構成を簡素化することを提案している。
この先願例によると、冷却水が流通する機器、第1ポンプおよび第2ポンプが第1切替弁および第2切替弁に並列に接続されているという簡素な構成によって、第1ポンプが吸入して吐出した冷却水が機器に循環する場合と、第2ポンプが吸入して吐出した冷却水が機器に循環する場合とを切り替えることができる。
しかしながら、エンジン(発熱機器)を有する車両に上記先願例の車両用熱管理システムを適用した場合、エンジン冷却水(熱媒体)が循環するエンジン冷却回路(熱媒体回路)との連携が考慮されていないので、第1切替弁および第2切替弁の少なくとも一方に接続された熱利用機器でエンジンの熱を利用することができない。
例えば、冷却水と車室内への送風空気を加熱するヒータコア(熱利用機器)が第1切替弁および第2切替弁の少なくとも一方に接続されている場合、車室内の暖房にエンジンの廃熱を利用することができない。
また、燃料電池(発熱機器)を有する車両に上記先願例の車両用熱管理システムを適用した場合も同様に、燃料電池冷却回路(熱媒体回路)との連携が考慮されていないので、第1切替弁および第2切替弁の少なくとも一方に接続された熱利用機器で燃料電池の廃熱を利用することができない。
本発明は上記点に鑑みて、熱媒体流通機器に循環する熱媒体を切り替えることのできる車両用熱管理システムの構成を簡素化するとともに、熱利用機器で発熱機器の熱を利用できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
熱媒体を吸入して吐出する第1ポンプ(11)、第2ポンプ(12)および第3ポンプ(42)と、
熱媒体が流通する熱媒体流通機器(13、14、15、16)と、
第1ポンプ(11)の熱媒体吐出側、第2ポンプ(12)の熱媒体吐出側、および熱媒体流通機器(13、14、15、16)の熱媒体入口側が接続され、熱媒体流通機器(13、14、15、16)について第1ポンプ(11)から吐出された熱媒体が流入する状態と第2ポンプ(12)から吐出された熱媒体が流入する状態とを切り替える第1切替弁(18)と、
第1ポンプ(11)の熱媒体吸入側、第2ポンプ(12)の熱媒体吸入側、および熱媒体流通機器(13、14、15、16)の熱媒体出口側が接続され、熱媒体流通機器(13、14、15、16)について第1ポンプ(11)へ熱媒体が流出する状態と第2ポンプ(12)へ熱媒体が流出する状態とを切り替える第2切替弁(19)と、
第3ポンプ(42)が吸入して吐出した熱媒体が循環する熱媒体回路(40)と、
熱媒体回路(40)に配置され、熱を発生する発熱機器(43)と、
第1切替弁(18)および第2切替弁(19)のうち少なくとも一方の切替弁、および熱媒体回路(40)に接続され、熱媒体の熱を利用する熱利用機器(17)と、
第1ポンプ(11)および第2ポンプ(12)のうち一方のポンプが吸入して吐出した熱媒体が熱利用機器(17)に循環する状態と、第3ポンプ(42)が吸入して吐出した熱媒体が熱利用機器(17)に循環する状態とを切り替える切替手段(49、70、18)とを備えることを特徴とする。
これによると、熱媒体流通機器(13、14、15、16)、第1ポンプ(11)および第2ポンプ(19)が第1切替弁(18)および第2切替弁(19)に接続されているという簡素な構成によって、第1ポンプ(11)が吸入して吐出した熱媒体が熱媒体流通機器(13、14、15、16)に循環する場合と、第2ポンプ(12)が吸入して吐出した熱媒体が熱媒体流通機器(13、14、15、16)に循環する場合とを切り替えることができる。
さらに、熱利用機器(17)が、第1切替弁(18)および第2切替弁(19)のうち少なくとも一方の切替弁、および熱媒体回路(40)に接続されており、切替手段(49、70、18)が、第1ポンプ(11)および第2ポンプ(12)のうち一方のポンプが吸入して吐出した熱媒体が熱利用機器(17)に循環する状態と、第3ポンプ(42)が吸入して吐出した熱媒体が熱利用機器(17)に循環する状態とを切り替えるので、熱利用機器(17)と発熱機器(43)との間で熱媒体を循環させることができる。そのため、熱利用機器(17)で発熱機器(43)の熱を利用することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第1実施形態における室内空調ユニットの断面図である。 第1実施形態における車両用熱管理システムの電気制御部を示すブロック図である。 第1実施形態における車両用熱管理システムの第1作動モードを示す全体構成図である。 第1実施形態における車両用熱管理システムの第2作動モードを示す全体構成図である。 第1実施形態における車両用熱管理システムの第3作動モードを示す全体構成図である。 第1実施形態における車両用熱管理システムの第4作動モードを示す全体構成図である。 第2実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第2実施形態における四方弁の第1切替状態を示す模式図である。 第2実施形態における四方弁の第2切替状態を示す模式図である。 第2実施形態における四方弁の第3切替状態を示す模式図である。 第2実施形態における車両用熱管理システムの第1切替状態における冷却水の流れを示す図である。 第2実施形態における車両用熱管理システムの第2切替状態における冷却水の流れを示す図である。 第2実施形態における車両用熱管理システムの第3切替状態における冷却水の流れを示す図である。 第3実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第4実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第5実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第6実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第7実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第8実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。 第8実施形態における車両用熱管理システムの流路接続構成を示す模式図である。 第9実施形態における車両用熱管理システムの全体構成図である。
(第1実施形態)
以下、第1実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。図1に示す車両用熱管理システム10は、車両が備える各種機器や車室内を適切な温度に調整するために用いられる。
本実施形態では、熱管理システム10を、エンジン(内燃機関)および走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド自動車に適用している。
本実施形態のハイブリッド自動車は、車両停車時に外部電源(商用電源)から供給された電力を、車両に搭載された電池(車載バッテリ)に充電可能なプラグインハイブリッド自動車として構成されている。電池としては、例えばリチウムイオン電池を用いることができる。
エンジンから出力される駆動力は、車両走行用として用いられるのみならず、発電機を作動させるためにも用いられる。そして、発電機にて発電された電力および外部電源から供給された電力を電池に蓄わえることができ、電池に蓄えられた電力は、走行用電動モータのみならず、熱管理システム10を構成する電動式構成機器をはじめとする各種車載機器に供給される。
図1に示すように、熱管理システム10は、第1ポンプ11、第2ポンプ12、ラジエータ13、冷却水冷却器14、冷却水加熱器15、温度調整対象機器16、ヒータコア17、第1切替弁18および第2切替弁19を備えている。
第1ポンプ11および第2ポンプ12は、冷却水(熱媒体)を吸入して吐出する電動ポンプである。冷却水は、熱媒体としての流体である。本実施形態では、冷却水として、少なくともエチレングリコール、ジメチルポリシロキサンまたはナノ流体を含む液体、または不凍液体が用いられている。
ラジエータ13、冷却水冷却器14、冷却水加熱器15、温度調整対象機器16およびヒータコア17は、冷却水が流通する冷却水流通機器(熱媒体流通機器)である。
ラジエータ13は、冷却水と車室外空気(以下、外気と言う。)とを熱交換することによって冷却水の熱を外気に放熱させる放熱器(熱媒体外気熱交換器)である。ラジエータ13に外気温以下の冷却水を流すことにより、ラジエータ13にて外気から冷却水に吸熱することも可能である。
ラジエータ13の冷却水入口側は、第1ポンプ11の冷却水吐出側に接続されている。室外送風機20は、ラジエータ13へ外気を送風する電動送風機である。ラジエータ13および室外送風機20は車両の最前部に配置されている。このため、車両の走行時にはラジエータ13に走行風を当てることができる。
冷却水冷却器14は、冷凍サイクル21の低圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって冷却水を冷却する低圧側熱交換器(熱媒体冷却手段)である。冷却水冷却器14は、冷凍サイクル21の蒸発器を構成している。
冷凍サイクル21は、圧縮機22、凝縮器としての冷却水加熱器15、膨張弁23、および蒸発器としての冷却水冷却器14を備える蒸気圧縮式冷凍機である。本実施形態の冷凍サイクル21では、冷媒としてフロン系冷媒を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。
圧縮機22は、電池から供給される電力によって駆動される電動圧縮機であり、冷凍サイクル21の冷媒を吸入して圧縮して吐出する。冷却水加熱器15は、圧縮機22から吐出された高圧側冷媒と冷却水とを熱交換させることによって高圧側冷媒を凝縮させる高圧側熱交換器(熱媒体加熱手段)である。
膨張弁23は、冷却水加熱器15で凝縮された液相冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。冷却水冷却器14は、膨張弁23で減圧膨張された低圧冷媒と冷却水とを熱交換させることによって低圧冷媒を蒸発させる低圧側熱交換器である。冷却水冷却器14で蒸発した気相冷媒は圧縮機22に吸入されて圧縮される。
冷凍サイクル21は、その構成機器が全てエンジンルーム内に格納される。よって、エンジンルーム内の温度が上昇した場合で冷凍サイクル21の作動が停止している場合において(例えばエンジンの負荷が高くなるような走行を行った後に駐車する場合や、炎天下での駐車時など)、冷凍サイクル21内部の冷媒温度が上昇して冷凍サイクル21内部の圧力が上昇する事がある。
冷凍サイクル21の内部圧力上昇を抑制するためには冷媒の充填密度を低く保つことが有効であり、冷媒としてR134aを利用する場合には充填密度を0.13g/cm3以下にすることによって、エンジンルーム内が高温(例えば100℃)になっても冷凍サイクル21の内部圧力が3MPaを超えないようにすることができる。
冷媒充填密度を下げ、かつ冷暖房性能を維持するためには、冷凍サイクル21の低圧側機器(膨張弁23の膨張部出口から低圧側熱交換器に至る配管、低圧側熱交換器、低圧側熱交換器出口側から圧縮機22の吸入口に至る配管)の内容積を大きくする。内容積を大きくするためにタンクを取り付けてもよい。この場合、タンクも低圧側機器となる。
冷凍サイクル21の作動状態では低圧側機器内部の冷媒密度は低い状態であるため、低圧側機器の内容積を大きくしてもサイクルを稼動させるために必要な冷媒量を増やさなくてよいことから、低圧側機器の内容積を大きく取るほど冷媒充填密度が低下する。高圧側機器(低圧側機器以外の機器)の内容積に対して低圧側機器の内容積が2倍以上になるように冷凍サイクル21を構成する。
ラジエータ13では外気によって冷却水を冷却するのに対し、冷却水冷却器14では冷凍サイクル21の低圧冷媒によって冷却水を冷却する。このため、冷却水冷却器14で冷却された冷却水の温度は、ラジエータ13で冷却された冷却水の温度に比べて低くなる。
具体的には、ラジエータ13では冷却水を外気の温度よりも低い温度まで冷却することはできないのに対し、冷却水冷却器14では冷却水を外気の温度よりも低温まで冷却することができる。
したがって、ラジエータ13で外気によって冷却された冷却水を中温冷却水と表現でき、冷却水冷却器14で冷凍サイクル21の低圧冷媒によって冷却された冷却水を低温冷却水と表現できる。
温度調整対象機器16は、具体的には、吸気冷却器、排気ガス冷却器、電池冷却器、インバータモータ冷却器、CVTウォーマ、クーラコア等である。
吸気冷却器は、エンジン用過給器で圧縮されて高温になった吸気と冷却水とを熱交換して吸気を冷却する熱交換器である。吸気は30℃程度まで冷却されるのが好ましい。排気ガス冷却器は、冷却水によってエンジンの排気ガスを冷却する熱交換器である。
電池冷却器は、冷却水の流路を有しており、電池の熱を冷却水に与えることによって電池を冷却する機器である。電池は、出力低下、充放電効率低下および劣化防止等の理由から10〜40℃程度の温度に維持されるのが好ましい。
インバータモータ冷却器は、冷却水の流路を有しており、インバータおよび走行用電動モータの熱を冷却水に与えることによってインバータ走行用電動モータを冷却する機器である。インバータは、電池から供給された直流電力を交流電圧に変換して走行用電動モータに出力する電力変換装置である。インバータは、劣化防止等の理由から65℃以下の温度に維持されるのが好ましい。
CVTウォーマは、CVT(無段変速機)に使用されるCVTオイル(潤滑油)と冷却水とを熱交換させてCVTオイルを加熱する熱交換器である。クーラコアは、冷却水と車室内への送風空気とを熱交換させて車室内への送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。
ヒータコア17は、車室内への送風空気と冷却水とを熱交換させて車室内への送風空気を加熱する加熱用熱交換器である。換言すれば、ヒータコア17は、冷却水の熱を利用する熱利用機器である。
第1ポンプ11は、第1ポンプ用流路31に配置されている。第1ポンプ用流路31において第1ポンプ11の吸入側には、ラジエータ13が配置されている。第2ポンプ12は、第2ポンプ用流路32に配置されている。
冷却水冷却器14は、冷却水冷却器用流路34に配置されている。冷却水加熱器15は、冷却水加熱器用流路35に配置されている。温度調整対象機器16は、機器用流路36に配置されている。ヒータコア17は、ヒータコア用流路37に配置されている。
第1ポンプ用流路31、第2ポンプ用流路32、冷却水冷却器用流路34、冷却水加熱器用流路35、機器用流路36およびヒータコア用流路37は、第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
第1切替弁18および第2切替弁19は、冷却水の流れを切り替える流れ切替手段である。
第1切替弁18は、冷却水の入口として2つの入口を有し、冷却水の出口として4つの出口を有している。第2切替弁19は、冷却水の出口として2つの出口を有し、冷却水の入口として4つの入口を有している。
第1切替弁18の第1の入口には、第1ポンプ用流路31の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第1の入口には、ラジエータ13の冷却水出口側が接続されている。
第1切替弁18の第2の入口には、第2ポンプ用流路32の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第2の入口には、第2ポンプ12の冷却水吐出側が接続されている。
第1切替弁18の第1の出口には、冷却水冷却器用流路34の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第1の出口には、冷却水冷却器14の冷却水入口側が接続されている。
第1切替弁18の第2の出口には、冷却水加熱器用流路35の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第2の出口には、冷却水加熱器15の冷却水入口側が接続されている。
第1切替弁18の第3の出口には、冷却加熱対象機器流路36の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第3の出口には、温度調整対象機器16の冷却水入口側が接続されている。
第1切替弁18の第4の出口には、ヒータコア用流路37の一端が接続されている。換言すれば、第1切替弁18の第4の出口には、ヒータコア17の冷却水入口側が接続されている。
第2切替弁19の第1の出口には、第1ポンプ用流路31の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第1の出口には、第1ポンプ11の冷却水吸入側が接続されている。
第2切替弁19の第2の出口には、第2ポンプ用流路32の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第2の出口には、第2ポンプ12の冷却水吸入側が接続されている。
第2切替弁19の第1の入口には、冷却水冷却器用流路34の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第1の入口には、冷却水冷却器14の冷却水出口側が接続されている。
第2切替弁19の第2の入口には、冷却水加熱器用流路35の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第2の入口には、冷却水加熱器15の冷却水出口側が接続されている。
第2切替弁19の第3の入口には、冷却加熱対象機器流路36の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第3の入口には、温度調整対象機器16の冷却水出口側が接続されている。
第2切替弁19の第4の入口には、ヒータコア用流路37の他端が接続されている。換言すれば、第2切替弁19の第4の入口には、ヒータコア17の冷却水出口側が接続されている。
第1切替弁18は、2つの入口と4つの出口との連通状態を任意または選択的に切り替え可能な構造になっている。第2切替弁19も、2つの出口と4つの入口との連通状態を任意または選択的に切り替え可能な構造になっている。
具体的には、第1切替弁18は、冷却水冷却器14、冷却水加熱器15、温度調整対象機器16およびヒータコア17のそれぞれについて、第1ポンプ11から吐出された冷却水が流入する状態と、第2ポンプ12から吐出された冷却水が流入する状態と、第1ポンプ11から吐出された冷却水および第2ポンプ12から吐出された冷却水が流入しない状態とを切り替える。
第2切替弁19は、冷却水冷却器14、冷却水加熱器15、温度調整対象機器16およびヒータコア17のそれぞれについて、第1ポンプ11へ冷却水が流出する状態と、第2ポンプ12へ冷却水が流出する状態と、第1ポンプ11および第2ポンプ12へ冷却水が流出しない状態とを切り替える。
第1切替弁18および第2切替弁19の構造例を簡単に説明すると、第1切替弁18および第2切替弁19は、外殻をなすケースと、ケースに収容された弁体とを備え、ケースの所定の位置に冷却水の入口および出口が形成され、弁体が回転操作されることによって冷却水の入口と出口との連通状態が変化するようになっている。
第1切替弁18の弁体および第2切替弁19の弁体は、別個の電動モータによって独立して回転駆動される。第1切替弁18の弁体および第2切替弁19の弁体は、共通の電動モータによって連動して回転駆動されるようになっていてもよい。
熱管理システム10は、エンジン用冷却回路40(熱媒体回路)を備えている。エンジン用冷却回路40は、冷却水が循環する循環流路41を有している。循環流路41は、エンジン用冷却回路40の主流路を構成している。
循環流路41には、エンジン用ポンプ42、エンジン43およびエンジン用ラジエータ44がこの順番で直列に配置されている。
エンジン用ポンプ42は、冷却水を吸入して吐出する電動ポンプである。エンジン用ポンプ42は、プーリー、ベルト等を介してエンジンにより回転駆動されるようになっていてもよい。エンジン43は、作動に伴って熱を発生する発熱機器である。
エンジン用ラジエータ44は、冷却水と外気とを熱交換することによって冷却水の熱を外気に放熱させる放熱器(熱媒体外気熱交換器)である。エンジン用ラジエータ44に外気温以下の冷却水を流すことにより、エンジン用ラジエータ44にて外気から冷却水に吸熱することも可能である。
エンジン用ラジエータ44への外気の送風は室外送風機20によって行われる。エンジン用ラジエータ44は、車両の最前部において、ラジエータ13よりも外気流れ方向下流側に配置されている。
循環流路41には、ラジエータバイパス流路45が接続されている。ラジエータバイパス流路45は、エンジン用冷却回路40において冷却水がエンジン用ラジエータ44をバイパスして流れるラジエータバイパス手段である。
ラジエータバイパス流路45の一端は、循環流路41のうちエンジン43の冷却水出口側かつエンジン用ラジエータ44の冷却水入口側に位置する部位41aに接続されている。ラジエータバイパス流路45の他端は、循環流路41のうちエンジン用ラジエータ44の冷却水出口側かつエンジン用ポンプ42の吸入側に位置する部位に接続されている。
ラジエータバイパス流路45の他端と循環流路41との接続部には、サーモスタット46が配置されている。サーモスタット46は、温度によって体積変化するサーモワックス(感温部材)によって弁体を変位させて冷却水流路を開閉する機械的機構で構成される冷却水温度応動弁である。
具体的には、サーモスタット46は、冷却水の温度が所定温度を下回っている場合(例えば80℃未満)、ラジエータバイパス流路45を閉じ、冷却水の温度が所定温度を上回っている場合(例えば80℃以上)、ラジエータバイパス流路45を開ける。
循環流路41には、第1接続流路47および第2接続流路48が接続されている。第1接続流路47および第2接続流路48は、エンジン用冷却回路40とヒータコア用流路37とを接続する接続手段である。
第1接続流路47の一端は、循環流路41のうちエンジン43の冷却水出口側かつエンジン用ラジエータ44の冷却水入口側に位置する部位41bに接続されている。より具体的には、第1接続流路47の一端は、循環流路41のうちラジエータバイパス流路45の一端との接続部41aとエンジン43の冷却水出口との間の部位41bに接続されている。
第1接続流路47の他端は、ヒータコア用流路37のうち第1切替弁18とヒータコア17との間に位置する部位に接続されている。
第1接続流路47の一端とヒータコア用流路37との接続部には、三方弁49が配置されている。三方弁49は、第1切替弁18側とヒータコア17側とを接続する冷媒流路と、エンジン用冷却回路40側とヒータコア17側とを接続する冷媒流路とを切り替える切替手段である。三方弁49は、電気式の弁機構で構成されている。
第2接続流路48の一端は、循環流路41のうちエンジン用ラジエータ44の冷却水出口側かつエンジン用ポンプ42の吸入側に位置する部位41cに接続されている。より具体的には、第2接続流路48の一端は、循環流路41のうちサーモスタット46とエンジン用ポンプ42との間に位置する部位41cに接続されている。
第2接続流路48の他端は、ヒータコア用流路37のうちヒータコア17と第2切替弁19との間に位置する部位37aに接続されている。したがって、ヒータコア用流路37のうち第2接続流路48の他端が接続される部位37aは、エンジン用冷却回路40側への分岐部を構成している。
図2に示すように、ヒータコア17は、室内空調ユニット50のケーシング51に収容されている。室内送風機52は、ヒータコア17へ内気(車室内空気)または外気を送風する電動送風機である。
ヒータコア17は、ケーシング51の内部において空気冷却器53の空気流れ下流側に配置されている。空気冷却器53は、室内送風機52からの送風空気を冷却する空気冷却手段である。空気冷却器53としては、例えば、冷却水と送風空気とを熱交換させて送風空気を冷却するクーラコアが用いられる。
ケーシング51の内部において空気冷却器53とヒータコア17との間にはエアミックスドア54が配置されている。エアミックスドア54は、ヒータコア17を通過する風量とヒータコア17をバイパスして流れる風量との割合を調整する風量割合調整手段である。
次に、熱管理システム10の電気制御部を図3に基づいて説明する。制御装置60は、CPU、ROMおよびRAM等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのROM内に記憶された空調制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された第1ポンプ11、第2ポンプ12、第1切替弁18、第2切替弁19、室外送風機20、圧縮機22、エンジン用ポンプ42、三方弁49、室内送風機52、エアミックスドア54等の作動を制御する制御手段である。
制御装置60は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、それぞれの制御対象機器の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
本実施形態では、第1切替弁18および第2切替弁19の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)を第1切替制御手段60aとする。第1切替制御手段60aを制御装置60に対して別体で構成してもよい。
本実施形態では、三方弁49の作動を制御する構成(ハードウェアおよびソフトウェア)を第2切替制御手段60bとする。第2切替制御手段60bを制御装置60に対して別体で構成してもよい。
制御装置60の入力側には、内気センサ61、外気センサ62、第1水温センサ63、第2水温センサ64、第3水温センサ65、冷媒温度センサ65等のセンサ群の検出信号が入力される。
内気センサ61は、内気の温度(車室内温度)を検出する検出手段(内気温度検出手段)である。外気センサ62は、外気の温度(車室外温度)を検出する検出手段(外気温度検出手段)である。
第1水温センサ63は、第1ポンプ用流路31を流れる冷却水の温度(例えば第1ポンプ11に吸入される冷却水の温度)を検出する検出手段(第1熱媒体温度検出手段)である。
第2水温センサ64は、第2ポンプ用流路32を流れる冷却水の温度(例えば第2ポンプ12に吸入される冷却水の温度)を検出する検出手段(第2熱媒体温度検出手段)である。
第3水温センサ65は、エンジン用冷却回路40を循環する冷却水の温度(例えばエンジン43を通過した直後の冷却水の温度)を検出する検出手段(第3熱媒体温度検出手段)である。
制御装置60の入力側には、車室内前部の計器盤付近に配置された操作パネル69に設けられた各種空調操作スイッチからの操作信号が入力される。操作パネル69に設けられた各種空調操作スイッチとしては、エアコンスイッチ、オートスイッチ、室内送風機52の風量設定スイッチ、車室内温度設定スイッチ等が設けられている。
エアコンスイッチは、空調(冷房または暖房)の作動・停止(オン・オフ)を切り替えるスイッチである。オートスイッチは、空調の自動制御を設定または解除するスイッチである。車室内温度設定スイッチは、乗員の操作によって車室内目標温度を設定する目標温度設定手段である。
次に、上記構成における作動を説明する。制御装置60が第1ポンプ11、第2ポンプ12、第1切替弁18、第2切替弁19、圧縮機22、エンジン用ポンプ42、三方弁49等の作動を制御することによって、種々の作動モードに切り替えられる。
例えば、第1ポンプ用流路31と各種機器用流路34〜37のうち少なくとも1つの流路とで第1冷却回路C1(第1熱媒体循環回路)が形成され、第2ポンプ用流路32と各種機器用流路34〜37のうち少なくとも他の1つの流路とで第2冷却回路C2(第2熱媒体循環回路)が形成される。
各種機器用流路34〜37のそれぞれについて、第1冷却回路C1に接続される場合と、第2冷却回路C2に接続される場合とを状況に応じて切り替えることによって、温度調整対象機器16を状況に応じて適切な温度に調整することができる。
すなわち、冷却水冷却器14と温度調整対象機器16とが互いに同じ冷却回路に接続された場合、冷却水冷却器14で冷却された冷却水によって温度調整対象機器16を冷却することができる。例えば、温度調整対象機器16がクーラコアである場合、クーラコアによって車室内への送風空気を冷却して、車室内を冷房することができる。
冷却水加熱器15と温度調整対象機器16とが互いに同じ冷却回路に接続された場合、冷却水加熱器15で加熱された冷却水によって温度調整対象機器16を加熱することができる。
冷却水加熱器15とヒータコア17とが互いに同じ冷却回路に接続された場合、ヒータコア17によって車室内への送風空気を加熱して、車室内を暖房することができる。
冷却水冷却器14を第1冷却回路C1に接続し、冷却水加熱器15を第2冷却回路C2に接続した場合、冷凍サイクル21のヒートポンプ運転を行うことができる。
すなわち、第1冷却回路C1において、冷却水冷却器14で冷却された低温冷却水がラジエータ13を流れるので、ラジエータ13で冷却水が外気から吸熱する。そして、ラジエータ13にて外気から吸熱した冷却水は、冷却水冷却器14で冷凍サイクル21の冷媒と熱交換して放熱する。したがって、冷却水冷却器14では、冷凍サイクル21の冷媒が冷却水を介して外気から吸熱する。
冷却水冷却器14にて外気から吸熱した冷媒は、冷却水冷却器14にて第2冷却回路C2の冷却水と熱交換して放熱する。したがって、外気の熱を汲み上げるヒートポンプ運転を実現できる。
さらに、制御装置60が三方弁49等の作動を制御することによって、ヒータコア17がエンジン用冷却回路40に接続される状態(接続モード)と、ヒータコア17がエンジン用冷却回路40に接続されない状態(非接続モード)とに切り替えられる。
具体的には、三方弁49が、第1切替弁18側とヒータコア17側とを接続する冷媒流路に切り替えることにより、第1冷却回路C1とエンジン用冷却回路40とが接続されない状態(接続モード)となる。
これに対して、三方弁49が、第1切替弁18側とヒータコア17側とを接続する冷媒流路に切り替えることにより、第1冷却回路C1とエンジン用冷却回路40とが接続されない状態(非接続モード)となる。
より具体的には、図4〜図7に示す第1〜第4作動モードに切り替えられる。図4に示す第1作動モードは、エンジン43が停止中かつ車両の走行モードがEV走行モードの場合に実施される。EV走行モードとは、走行用電動モータの駆動力によって走行する走行モードのことである。
第1作動モードでは、冷却水冷却器14が第1冷却回路C1に接続され、冷却水加熱器15およびヒータコア17が第2冷却回路C2に接続され、ヒータコア17がエンジン用冷却回路40に接続されない状態(非接続モード)となる。
第1作動モードでは、エンジン43が停止中でありエンジン43の廃熱が発生しないため、冷却水加熱器15から得られる熱量を用いてヒータコア17で車室内への送風空気を加熱して暖房する。
図5に示す第2作動モードは、エンジン43が作動中かつエンジン用冷却回路40における冷却水の温度が所定温度よりも低い場合に実施される。
第2作動モードでは、上記第1作動モードと同様に、冷却水冷却器14が第1冷却回路C1に接続され、冷却水加熱器15およびヒータコア17が第2冷却回路C2に接続され、ヒータコア17がエンジン用冷却回路40に接続されない状態(非接続モード)となる。
第2作動モードでは、エンジン43が作動中でありエンジン43の廃熱が発生するが、エンジン用冷却回路40の冷却水がヒータコア17に流入しないので、エンジン用冷却回路40の冷却水がヒータコア17で放熱されない。このため、エンジン43の廃熱によってエンジン用冷却回路40における冷却水の温度上昇が促進され、ひいてはエンジン43の暖機が促進される。
図6に示す第3作動モードは、エンジン43が作動中かつエンジン用冷却回路40における冷却水の温度が所定温度よりも高い場合に実施される。第3作動モードでは、ヒータコア17が、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2に接続されずエンジン用冷却回路40に接続される状態(接続モード)となる。
第3作動モードでは、エンジン用冷却回路40の冷却水がヒータコア17に流入するので、エンジン43の廃熱を用いてヒータコア17で車室内への送風空気を加熱して暖房することができる。
図7に示す第4作動モードは、主に夏季において冷房負荷が高い場合(例えば最大冷房状態)に実施される。第4作動モードでは、ヒータコア17が、第1冷却回路C1、第2冷却回路C2およびエンジン用冷却回路40に接続されない状態(非接続モード)となる。具体的には、第1切替弁18および第2切替弁19のうち少なくとも一方の切替弁がヒータコア用流路37を閉じ、三方弁49が第1接続流路47を閉じることによって、第4作動モードが実現される。
第4作動モードでは、ヒータコア17に冷却水が流通しないのでヒータコア17で放熱されない。そのため、室内空調ユニット50のケーシング51内において、空気冷却器53で冷却された冷風がヒータコア17で無駄に加熱されることがないので、冷房効率を高めることができる。
本実施形態によると、第1切替弁18と第2切替弁19との間に冷却水流通機器13、14、15、16を接続するという簡素な構成によって、冷却水流通機器13、14、15、16に循環する冷却水を切り替えることができる。
さらに、本実施形態では、ヒータコア17が、第1切替弁18および第2切替弁19のうち少なくとも一方の切替弁、およびエンジン冷却回路40に接続されており、三方弁49が、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態とを切り替える。
これによると、ヒータコア17とエンジン43との間で熱媒体を循環させることができるので、ヒータコア17においてエンジン43の廃熱を利用することができる。
本実施形態では、図5に示す第2作動モードのように、三方弁49は、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
これにより、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
本実施形態では、図6に示す第3作動モードのように、第1切替弁18および第2切替弁19のうちヒータコア17が接続された切替弁(少なくとも一方の切替弁)は、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水、および第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
これにより、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水、および第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
三方弁49は、冷却水の流れにおいて、第1切替弁18および第2切替弁19のうちヒータコア17が接続された切替弁(少なくとも一方の切替弁)とヒータコア17との間に配置されていればよい。
すなわち、本実施形態のようにヒータコア17が第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている構成を採用した場合においては、三方弁49は、冷却水の流れにおいて、第1切替弁18とヒータコア17との間に配置されていてもよいし、第2切替弁19とヒータコア17との間に配置されていてもよい。
本実施形態では、図7に示す第4作動モードのように、第1切替弁18および第2切替弁19のうちヒータコア17が接続された切替弁(少なくとも一方の切替弁)、および三方弁49は、ヒータコア17に、第1ポンプ11によって吸入されて吐出された冷却水、第2ポンプ12によって吸入されて吐出された冷却水、および第3ポンプ42によって吸入されて吐出された冷却水のいずれもが循環しない状態に切り替え可能になっている。
これにより、ヒータコア17における熱の利用を停止させる作動モードを実施することができる。
本実施形態では、ヒータコア17およびエンジン用ラジエータ44は、エンジン冷却回路40における冷却水の流れにおいて互いに並列に配置されているので、エンジン43が発生する熱(廃熱)を外気に放熱することができる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、冷却水加熱器15およびヒータコア17に冷却水が並列に流れるが、本第2実施形態では、図8に示すように、冷却水加熱器15およびヒータコア17に冷却水が直列に流れる。
具体的には、冷却水加熱器15が、ヒータコア用流路37のうちヒータコア17よりも第1切替弁18側(冷却水流れ上流側)に位置する部位に配置されている。
第1接続流路47は、ヒータコア用流路37のうち冷却水加熱器15とヒータコア17との間の部位に接続されている。ヒータコア用流路37と第1接続流路47との接続部には四方弁70が配置されている。
四方弁70には、ヒータコアバイパス流路71の一端が接続されている。ヒータコアバイパス流路71は、ヒータコア用流路37の冷却水がヒータコア17をバイパスして流れるバイパス手段である。
ヒータコアバイパス流路71の他端は、ヒータコア用流路37のうち第2接続流路48との接続部37aと第2切替弁19との間に位置する部位37bに接続されている。したがって、ヒータコア用流路37とヒータコアバイパス流路71の他端との接続部37b(合流部)は、ヒータコア用流路37と第2接続流路48との接続部37d(分岐部)よりも冷却水流れ下流側に配置されている。
四方弁70は、図9に示す第1切替状態の冷媒流路と、図10に示す第2切替状態の冷媒流路と、図11に示す第3切替状態の冷媒流路とを切り替える切替手段である。四方弁70は、電気式の弁機構で構成されている。
図9に示す第1切替状態では、四方弁70は、ヒータコア用流路37をそのまま連通させるとともに、第1接続流路47およびヒータコアバイパス流路71を閉じる。
図10に示す第2切替状態では、四方弁70は、ヒータコア用流路37のうち冷却水加熱器15側の部位とヒータコアバイパス流路71とを接続させるとともに、ヒータコア用流路37のうちヒータコア17側の部位と第1接続流路47とを接続させる。
図11に示す第3切替状態では、四方弁70は、ヒータコア用流路37のうち冷却水加熱器15側の部位とヒータコアバイパス流路71とを接続させるとともに、ヒータコア用流路37のうちヒータコア17側の部位、および第1接続流路47を閉じる。
四方弁70が第1切替状態に切り替わると、図12に示すように、冷却水加熱器15を通過した冷却水がヒータコア17を流れる。これにより、上記第1実施形態における第1作動モードおよび第2作動モードと同様の作動を実現できる。
しかも、冷却水加熱器15を通過した冷却水がヒータコア17を直列に流れるので、冷却水加熱器15で加熱された冷却水の熱量を効率よく暖房(すなわち車室内への送風空気の加熱)に利用することができる。
四方弁70が第2切替状態に切り替わると、図13に示すように、冷却水加熱器15を通過した冷却水がヒータコア17をバイパスして第2切替弁19へ流れるとともに、エンジン用冷却回路40の冷却水がヒータコア17を循環する。これにより、上記第1実施形態における第3作動モードと同様の作動を実現できる。
四方弁70が第3切替状態に切り替わると、図14に示すように、冷却水加熱器15を通過した冷却水がヒータコア17をバイパスして第2切替弁19へ流れるとともに、ヒータコア17には冷却水が流れない。これにより、上記第1実施形態における第4作動モードと同様の作動を実現できる。
なお、本実施形態では、図8に示すように、温度調整対象機器として第1温度調整対象機器16Aおよび第2温度調整対象機器16Bが設けられている。第1温度調整対象機器16Aは第1機器用流路36Aに配置されている。第2温度調整対象機器16Bは第2機器用流路36Bに配置されている。第1機器用流路36Aおよび第2機器用流路36Bは第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、本実施形態では、図9、図12に示す第1切替状態のように、四方弁70は、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
これにより、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
本実施形態では、図10、図13に示す第2切替状態のように、四方弁70は、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水、および第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
これにより、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水、および第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
本実施形態では、冷却水加熱器15は、冷却水の流れにおいて、ヒータコア17と直列、かつヒータコア17よりも上流側に配置されているので、冷却水加熱器15からの熱をヒータコア17で有効利用できる。
本実施形態では、四方弁70は、冷却水の流れにおいて、冷却水加熱器15とヒータコア17との間に配置されており、ヒータコアバイパス流路71は、四方弁70に接続されており、四方弁70は、図9、図12に示す第1切替状態のように、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、ヒータコアバイパス流路71への冷却水の流通を遮断し、図10、図13に示す第2切替状態のように、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、ヒータコアバイパス流路71に冷却水を流通させる。
これにより、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水を冷却水加熱器15およびヒータコア17に循環させる作動モードと、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水を冷却水加熱器15に循環させてヒータコア17に循環させない作動モードとを実現することができる。
本実施形態では、ヒータコアバイパス流路71は、ヒータコア用流路37(ヒータコア17から第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプ側に至る冷却水の流路)のうちエンジン冷却回路40側への分岐部37aよりも下流側の部位37bに接続されている。
これにより、ヒータコアバイパス流路71を流れた冷却水がエンジン冷却回路40に流入することを抑制できる。
(第3実施形態)
上記第1実施形態では、ヒータコア用流路37の下流側端部は第2切替弁19に接続されているが、本第3実施形態では、図15に示すように、ヒータコア用流路37の下流側端部は、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吸入側の部位に接続されている。換言すれば、ヒータコア用流路37の下流側端部は、第1ポンプ用流路31のうち第2切替弁19と第1ポンプ11との間の部位に接続されている。
本実施形態によると、第2切替弁19にヒータコア17用の入口を設ける必要がないので、第2切替弁19の構成を簡素化できる。
なお、本実施形態では、冷却水冷却器14は、第2ポンプ用流路32に配置されている。冷却水加熱器15は、第1ポンプ用流路31に配置されている。ラジエータ13は、ラジエータ用流路75に配置されている。ラジエータ用流路75は、第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
本実施形態では、温度調整対象機器として第1温度調整対象機器16Aおよび第2温度調整対象機器16Bが設けられている。第1温度調整対象機器16Aは第1機器用流路36Aに配置されている。第2温度調整対象機器16Bは第2機器用流路36Bに配置されている。第1機器用流路36Aおよび第2温度調整対象機器16Bは第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
(第4実施形態)
上記第3実施形態では、第1接続流路47の下流側端部は三方弁49を介してヒータコア用流路37に接続されているが、本第4実施形態では、図16に示すように、第1接続流路47の下流側端部は第1切替弁18に接続されている。換言すれば、エンジン冷却回路40が第1切替弁18に接続されている。
第1切替弁18は、第1接続流路47とヒータコア用流路37とが連通する状態(接続モード)と、第1接続流路47とヒータコア用流路37とが連通しない状態(非接続モード)とを切り替え可能になっている。
本実施形態によると、第1切替弁18が、上記第3実施形態における三方弁49(切替手段)の機能を果たすことができる。換言すれば、第1切替弁18に上記第3実施形態における三方弁49を一体化することができる。そのため、熱管理システム10の構成を簡素化できる。
なお、エンジン冷却回路40は第2切替弁19に接続されていてもよい。すなわち、第1切替弁18および第2切替弁19のうち少なくとも一方の切替弁にエンジン冷却回路40が接続されており、第1切替弁18および第2切替弁19のうちエンジン冷却回路40が接続された切替弁(少なくとも一方の切替弁)が、ヒータコア17に循環する熱媒体を切り替える切替手段を構成していれば、熱管理システム10の構成を簡素化できる。
(第5実施形態)
上記第4実施形態では、上記第3実施形態の構成を前提として、第1切替弁18に三方弁49を一体化しているが、本第5実施形態では、図17に示すように、上記第1実施形態の構成を前提として、第1切替弁18に三方弁49を一体化している。
具体的には、上記第4実施形態では、ヒータコア用流路37の下流側端部は第1ポンプ用流路31に接続されているが、本実施形態では、ヒータコア用流路37の下流側端部は第2切替弁19に接続されている。
そして、上記第4実施形態と同様に、第1接続流路47の下流側端部は第1切替弁18に接続されている。第1切替弁18は、第1接続流路47とヒータコア用流路37とが連通する状態(接続モード)と、第1接続流路47とヒータコア用流路37とが連通しない状態(非接続モード)とを切り替え可能になっている。
本実施形態においても、上記第4実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第6実施形態)
上記第2実施形態では、四方弁70は、ヒータコア用流路37と第1接続流路47との接続部に配置されているが、本第6実施形態では、図18に示すように、四方弁70は、ヒータコア用流路37と第2接続流路48との接続部に配置されている。
ヒータコアバイパス流路71の上流側端部は、ヒータコア用流路37のうち冷却水加熱器15とヒータコア17との間の部位37cに接続されている。ヒータコア用流路37において、ヒータコアバイパス流路71の上流側端部との接続部37c(分岐部)は、第1接続流路47との接続部37d(合流部)よりも冷却水流れ上流側に配置されている。ヒータコアバイパス流路71の下流側端部は四方弁70に接続されている。
本実施形態においても、上記第2実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
(第7実施形態)
本実施形態では、図19に示すように、上記第1実施形態に対して、冷却水冷却器14、冷却水加熱器15および三方弁49の配置、ならびにヒータコア用流路37の接続先を変更している。
冷却水冷却器14は、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吐出側に配置されている。冷却水加熱器15は、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吐出側に配置されている。
ヒータコア用流路37の一端は、第1ポンプ用流路31のうち冷却水加熱器15の冷却水出口側の部位31aに接続されている。第1ポンプ用流路31とヒータコア用流路37の一端との接続部31aは、冷却水加熱器15から流出した冷却水が第1切替弁18側とヒータコア17側とに分岐する分岐部を構成している。
ヒータコア用流路37の他端は、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の冷却水吸入側の部位31bに接続されている。第1ポンプ用流路31とヒータコア用流路37の他端との接続部31bは、第2切替弁19から流出した冷却水とヒータコア17から流出した冷却水とが合流する合流部を構成している。
三方弁49は、ヒータコア用流路37と第2接続流路48との接続部に配置されている。ヒータコア用流路37と第1接続流路47との接続部37eは、エンジン用冷却回路40との合流部を構成している。
本実施形態では、第1ポンプ11によって循環される冷却水の流れが、分岐部31aで第1切替弁18側とヒータコア17側とに分岐し、第2切替弁19から流出した冷却水とヒータコア17から流出した冷却水とが合流部31bで合流するので、上記第1実施形態と同様の作動モードを実現できる。
なお、本実施形態では、クーラコア53(空気冷却器)が空気冷却器用流路78に配置されている。空気冷却器用流路78は、第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
クーラコア53は、車室内への送風空気と冷却水とを熱交換させて車室内への送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。換言すれば、クーラコア53は、冷却水の熱を利用する熱利用機器(第2熱利用機器)である。
図2に示すように、空気冷却器53は室内空調ユニット50のケーシング51の内部においてヒータコア17の空気流れ上流側に配置されている。
第1切替弁18は、クーラコア53について、第1ポンプ11から吐出された冷却水が流入する状態と、第2ポンプ12から吐出された冷却水が流入する状態と、第1ポンプ11から吐出された冷却水および第2ポンプ12から吐出された冷却水が流入しない状態とを切り替える。
第2切替弁19は、クーラコア53について、第1ポンプ11へ冷却水が流出する状態と、第2ポンプ12へ冷却水が流出する状態と、第1ポンプ11および第2ポンプ12へ冷却水が流出しない状態とを切り替える。
(第8実施形態)
本実施形態では、図20に示すように、上記第1実施形態に対して、第1接続流路47および第2接続流路48の接続先を変更している。
本実施形態では、冷却水冷却器14は、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吐出側に配置されている。冷却水加熱器15は、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吐出側に配置されている。ラジエータ13は、ラジエータ用流路75に配置されている。ラジエータ用流路75は、第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
本実施形態では、上記第7実施形態と同様に、クーラコア53が空気冷却器用流路78に配置されており、空気冷却器用流路78が第1切替弁18および第2切替弁19に接続されている。
第1接続流路47は、エンジン用冷却回路40と、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2とを連通する第1連通手段である。
第1接続流路47の一端は、循環流路41のうちエンジン用ポンプ42の冷却水吐出側(図20の例ではエンジン43の冷却水出口側)、かつエンジン用ラジエータ44の冷却水入口側に位置する部位41bに接続されている。
すなわち、第1接続流路47の一端は、エンジン用冷却回路40のうち、冷却水の圧力が、エンジン用ラジエータ44における冷却水の圧力と同水準になるとともに、リザーブタンク81で調整される圧力と同水準となる部位に接続されている。
第1接続流路47の一端は、エンジン用冷却回路40のうち、冷却水の圧力がエンジン用冷却回路40の平均圧力よりも高くなる部位に接続されていればよい。エンジン用冷却回路40の平均圧力とは、エンジン用冷却回路40におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
エンジン用冷却回路40におけるポンプ吐出圧力とは、エンジン用ポンプ42の冷却水吐出口42aにおける冷却水の圧力のことである。エンジン用冷却回路40におけるポンプ吸入圧力とは、エンジン用ポンプ42の冷却水吸入口42bにおける冷却水の圧力のことである。
第1接続流路47の他端は、第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aと第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bとに分岐している。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吸入側に位置する部位31cに接続されている。第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吸入側に位置する部位32cに接続されている。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1に接続された機器における冷却水の圧力よりも低くなる部位に配置されている。第1冷却回路C1に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、クーラコア53およびヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が第1冷却回路C1の平均圧力よりも低くなる部位に接続されていればよい。第1冷却回路C1の平均圧力とは、第1冷却回路C1におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
第1冷却回路C1におけるポンプ吐出圧力とは、第1ポンプ11の冷却水吐出口11aにおける冷却水の圧力のことである。第1冷却回路C1におけるポンプ吸入圧力とは、第1ポンプ11の冷却水吸入口11bにおける冷却水の圧力のことである。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2に接続された機器における冷却水の圧力よりも低くなる部位に配置されている。第2冷却回路C2に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、クーラコア53およびヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が第2冷却回路C2の平均圧力よりも低くなる部位に接続されていればよい。第2冷却回路C2の平均圧力とは、第2冷却回路C2におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
第2冷却回路C2におけるポンプ吐出圧力とは、第2ポンプ12の冷却水吐出口12aにおける冷却水の圧力のことである。第2冷却回路C2におけるポンプ吸入圧力とは、第2ポンプ12の冷却水吸入口12bにおける冷却水の圧力のことである。
第2接続流路48は、エンジン用冷却回路40と、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2とを連通する第2連通手段である。
第2接続流路48の一端は、循環流路41のうちエンジン用ラジエータ44の冷却水出口側かつエンジン用ポンプ42の吸入側に位置する部位41cに接続されている。
すなわち、第2接続流路48の一端は、エンジン用冷却回路40のうち、冷却水の圧力が、エンジン用ラジエータ44における冷却水の圧力よりも低くなる部位に接続されている。
第2接続流路48の一端は、エンジン用冷却回路40のうち、冷却水の圧力が、エンジン用冷却回路40の平均圧力よりも低くなる部位に接続されていればよい。
第2接続流路48の他端は、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aと第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bとに分岐している。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吐出側に位置する部位31dに接続されている。第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吐出側に位置する部位32dに接続されている。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1に接続された機器における冷却水の圧力よりも高くなる部位に配置されている。第1冷却回路C1に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、クーラコア53およびヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が第1冷却回路C1の平均圧力よりも高くなる部位に接続されていればよい。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2に接続された機器における冷却水の圧力よりも高くなる部位に配置されている。第2冷却回路C2に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、クーラコア53およびヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が第2冷却回路C2の平均圧力よりも高くなる部位に接続されていればよい。
第1接続流路47および第2接続流路48によって、エンジン用冷却回路40は、第1ポンプ用流路31および第2ポンプ用流路32に対して直列に接続されている。
第2接続流路48には、流量調整弁80が配置されている。流量調整弁80は、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aに配置された第1流量調整弁80aと、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bに配置された第2流量調整弁80bとで構成されている。
第1流量調整弁80aおよび第2流量調整弁80bは、弁開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体を駆動する電動アクチュエータとを有している。第1流量調整弁80aおよび第2流量調整弁80bの作動は、制御装置60(図3)によって制御される。
第1流量調整弁80aは、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aにおける冷却水の流量を調整する第1流量調整手段である。第2流量調整弁80bは、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bにおける冷却水の流量を調整する第2流量調整手段である。
第1流量調整弁80aは、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aを絞る絞り手段である。第2流量調整弁80bは、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bを絞る絞り手段である。
第1流量調整弁80aは、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aを開閉する開閉手段である。第2流量調整弁80bは、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bを開閉する開閉手段である。
第1流量調整弁80aおよび、第2流量調整弁80bは共に、流路を全開するモードと全閉するモードとを備え、全開と全閉を時間周期的に繰り返すことによって時間流量を絞る手段であってもよい。
流量調整弁80は、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態と、第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態とを切り替える切替手段である。
流量調整弁80は、第1ポンプ11または第2ポンプ12が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
循環流路41のうちエンジン43の冷却水出口側かつエンジン用ラジエータ44の冷却水入口側に位置する部位41dにはリザーブタンク81が配置されている。リザーブタンク81は、エンジン用冷却回路40のうち、冷却水の圧力がエンジン用冷却回路40の平均圧力よりも高くなる部位に配置されている。
リザーブタンク81は、密閉式の圧力調整手段であり、冷却水の温度変化に伴う膨張収縮による圧力の異常上昇・低下に対して適切な圧力を保持する機能を有している。密閉式のリザーブタンク81は、圧力調整弁を有しており、リザーブタンク81における冷却水の圧力が、圧力調整弁で設定された圧力範囲内に調整される。
リザーブタンク81は、大気開放式の圧力調整手段であってもよい。リザーブタンク81が大気開放式である場合、リザーブタンク81における冷却水の圧力が大気圧と同じになる。
リザーブタンク81に余剰冷却水を溜めておくことによって、各流路を循環する冷却水の液量の低下を抑制することができる。
リザーブタンク81は、冷却水中に混入した気泡を分離する機能を有している。リザーブタンク81が密閉式である場合、リザーブタンク81の圧力調整弁を開弁することによって、気泡を外部に排出する。
図21は、第2接続流路48のうち第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aと、循環流路41および第1ポンプ用流路31との接続構造を示す模式図である。第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bと循環流路41および第2ポンプ用流路32との接続構造は、図21に示す接続構造と同様であるので、図21の括弧内に、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bおよび第2ポンプ用流路32に対応する符号を付している。
図21中、上下の矢印は、重力方向における上下方向を示している。第2接続流路48を形成する配管48Aは、全体として重力方向に延びている。
第2接続流路48のうち第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1ポンプ用流路31から重力方向上方側に向かって延びている。したがって、第1ポンプ用流路31を形成する配管31Aは、第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aと連通する連通孔31eが重力方向上方側を向いて開口している部分を有している。連通孔31e開口部の中心軸が重力方向に対して横方向(水平方向)を向いていても、連通孔31e開口部の開口面の一部分が上方向を向いていればよい。
第1ポンプ用流路31を形成する配管31Aは、連通孔31eの近傍に、気泡を捕捉する気泡捕捉部31fを形成している。
第2接続流路48のうち循環流路41側の端部は、重力方向上方側に向かって延びて循環流路41に接続されている。したがって、循環流路41を形成する配管41Aは、第2接続流路48と連通する連通孔41eが重力方向下方側を向いて開口している部分を有している。連通孔41e開口部の中心軸が重力方向に対して横方向(水平方向)を向いていても、連通孔41e開口部の開口面の一部分が上方向を向いていればよい。
第2接続流路48のうち第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2ポンプ用流路32から重力方向上方側に向かって延びている。したがって、第2ポンプ用流路32を形成する配管32Aには、第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bと連通する連通孔32eが重力方向上方側を向いて開口している。
第2ポンプ用流路32を形成する配管32Aは、連通孔32aの近傍に、気泡を捕捉する気泡捕捉部32fを形成している。
本実施形態では、第1流量調整弁80aおよび第2流量調整弁80bの弁開度を制御することによって、エンジン用冷却回路40を第1冷却回路C1および第2冷却回路C2に任意に連通させることができる。
エンジン用冷却回路40を第2冷却回路C2(冷却水冷却器14を有する冷却回路)に連通させた場合、エンジン用冷却回路40の冷却水が冷却水冷却器14を流れるので、冷却水冷却器14では、冷凍サイクル21の冷媒がエンジン用冷却回路40の冷却水から吸熱する。したがって、エンジン43の廃熱を汲み上げるヒートポンプ運転を実現できる。
エンジン用冷却回路40の冷却水は外気温度よりも高温になるので、外気の熱を汲み上げるヒートポンプ運転と比較して、冷却水冷却器14で蒸発する冷媒の圧力(温度)を高くでき、ひいては圧縮機22の消費動力を低減できる。
外気の熱を汲み上げるヒートポンプ運転では、外気の温度が極端に低い場合、冷媒圧力を極端に下げないと吸熱ができずに所望の暖房能力を得られない。そのような条件では、暖房COPが悪化して、ヒートポンプの省動力効果が得られない。
これに対し、エンジン43の廃熱を汲み上げるヒートポンプ運転では、外気の温度が極端に低くても冷媒圧力を下げることなく吸熱できるので、十分な暖房能力を得ることができる。
エンジン用冷却回路40の冷却水をヒータコア17に流して暖房を行う場合、エンジン用冷却回路40の冷却水の温度が、乗員が満足な暖房感を得られる吹出温度(例えば50℃)よりも低いと十分な暖房能力を得ることができない。
これに対し、エンジン43の廃熱を汲み上げるヒートポンプ運転では、エンジン用冷却回路40の冷却水の温度が、乗員が満足な暖房感を得られる吹出温度(例えば50℃)よりも低くても十分な暖房能力を得ることができる。
そのため、エンジン用冷却回路40の冷却水を直接ヒータコア17に流して暖房を行う場合と比較して、暖房だけのためにエンジン43を作動させてエンジン用冷却回路40の冷却水を加熱することを抑制できるので、暖房時の燃料消費量を低減できる。
さらに、ヒータコア17の風上に配置されるクーラコア16B(第2温度調整対象機器)にもエンジン用冷却回路40の冷却水を直接流すことによって、クーラコア16Bでヒータコア17に流れ込む送風空気の温度を上げておき、乗員が満足な暖房感を得られる吹出温度まで空気を加熱する熱量分だけエンジン43の廃熱を汲み上げるヒートポンプ運転を実現できる。そのため、ヒートポンプ運転に要する圧縮機22の仕事量を減らすことができるので圧縮機22の消費動力を低減でき、さらに暖房時の燃料消費量を低減できる。
走行のためにエンジン43を作動させている場合のように、エンジン用冷却回路40の冷却水の温度が、乗員が満足な暖房感を得られる吹出温度(例えば50℃)よりも高くなっている場合、エンジン用冷却回路40の冷却水がヒータコア17を流れるように第1切替弁18、第2切替弁19、第1流量調整弁80aおよび第2流量調整弁80bを制御すれば、ヒータコア17にて、エンジン用冷却回路40の冷却水で車室内への送風空気を直接加熱することができる。そのため、圧縮機22が停止していても暖房を行うことができる。
本実施形態では、リザーブタンク81がエンジン用冷却回路40に設置されているので、エンジン用冷却回路40における冷却水の圧力がリザーブタンク81によって調整される。
そして、第1接続流路47は、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2のうち冷却水の圧力が低くなる部位(ポンプ吸入側部位)を、エンジン用冷却回路40のうち冷却水の圧力が高くなる部位(ポンプ吐出側部位)と連通させている。
これによると、第1接続流路47が、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2のうち冷却水の圧力が低くなる部位(ポンプ吸入側部位)を、エンジン用冷却回路40のうち冷却水の圧力が低くなる部位(ポンプ吸入側部位)と連通させている場合と比較して、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2の冷却水の圧力を高くすることができる。
このため、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2の冷却水の圧力が負圧となってキャビテーションが発生したり冷却水配管が潰れて圧力損失が増大したりすることを防止できる。
本実施形態では、エンジン用冷却回路40に、リザーブタンク81が1つ設置されており、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2にはリザーブタンク81が設置されていない。
したがって、エンジン用冷却回路40を第1冷却回路C1または第2冷却回路C2とを接続して1つの冷却回路を形成した場合、1つに接続された冷却回路内にリザーブタンク81が1つのみ設置されることとなる。
ここで、1つに接続された冷却回路内に密閉式のリザーブタンク81が複数設置されている場合を考えると、複数のリザーブタンク81のうち一部のリザーブタンク81のみが開弁し、残余のリザーブタンク81は開弁しないことが起こり得る。
開弁しないリザーブタンク81では、冷却水から分離された気泡を外部に排出できず、気泡を溜め込むことになるので、いずれはリザーブタンク81内部全てが空気で満たされてしまい、リザーブタンク81の機能を果たせなくなる。そのため、1つに接続された冷却回路内には密閉式のリザーブタンク81が1つのみ設置される必要がある。
その点に鑑みて、本実施形態では、1つに接続された冷却回路内にリザーブタンク81が1つのみ設置されるようになっているので、密閉式のリザーブタンク81を確実に開弁させて気泡を確実に外部に排出することができる。
ポンプ用流路31、32を形成する配管31A、32Aには、第2接続流路48の分岐流路48a、48bと連通する連通孔31e、32eが重力方向上方側を向いて開口しており、第2接続流路48の分岐流路48a、48bは、ポンプ用流路31、32から重力方向上方側に向かって延びている。
これによると、ポンプ用流路31、32の冷却水中に混入した気泡を第2接続流路48へ誘導しやすくすることができる。
ポンプ用流路31、32を形成する配管は、連通孔31e、32eの近傍に、気泡を捕捉する気泡捕捉部31f、32bを形成しているので、ポンプ用流路31、32の冷却水中に混入した気泡を第2接続流路48へ一層誘導しやすくすることができる。
循環流路41を形成する配管41Aには、第2接続流路48と連通する連通孔41eが重力方向下方側を向いて開口しており、第2接続流路48のうち循環流路41側の端部は、重力方向上方側に向かって延びて循環流路41に接続されている。
このため、ポンプ用流路31、32から第2接続流路48に誘導された気泡をリザーブタンク81へ誘導しやすくすることができるので、リザーブタンク81から気泡を排出しやすくすることができる。
リザーブタンク81は第1冷却回路C1、第2冷却回路C2およびエンジン用冷却回路40のうちいずれか1つの回路に設けられていればよい。
第1接続流路47および第2接続流路48は、第1冷却回路C1、第2冷却回路C2および冷却回路40のうちリザーブタンク81が設けられた回路と、残余の各回路(リザーブタンク81が設けられていない各回路)とを連通していればよい。
第1接続流路47は、リザーブタンク81が設けられた回路のうち冷却水の圧力が第1平均圧力よりも高くなる部位と、残余の各回路とを連通していればよい。第1平均圧力とは、リザーブタンク81が設けられた回路におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
これによると、1つのリザーブタンク81で、第1冷却回路C1、第2冷却回路C2およびエンジン用冷却回路40の3つの冷却回路の冷却水圧力を調整できる。
しかも、第1接続流路47が、リザーブタンク81が設けられた回路のうち冷却水の圧力が第1平均圧力よりも低くなる部位と、残余の各回路とを連通している場合と比較して、残余の各回路の冷却水の圧力を高くすることができる。
このため、残余の各回路の冷却水の圧力が負圧となってキャビテーションが発生したり冷却水配管が潰れて圧力損失が増大したりすることを防止できる。
第1接続流路47は、リザーブタンク81が設けられた回路と、残余の各回路C1、C2のうち冷却水の圧力が第2平均圧力よりも低くなる部位とを連通すればよい。第2平均圧力とは、残余の各回路C1、C2におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
これによると、第1接続流路47が、リザーブタンク81が設けられた回路と、残余の各回路C1、C2のうち冷却水の圧力が第2平均圧力よりも高くなる部位とを連通している場合と比較して、残余の各回路の冷却水の圧力を高くすることができる。
このため、残余の各回路の冷却水の圧力が負圧となってキャビテーションが発生したり冷却水配管が潰れて圧力損失が増大したりすることを防止できる。
残余の各回路C1、C2のうち第2接続流路48と接続される部位に、重力方向上方側を向いた開口面を有する連通孔が形成されていれば、残余の各回路C1、C2の冷却水中に混入した気泡を第2接続流路48へ誘導しやすくすることができる。
本実施形態では、第1接続流路47および第2接続流路48は、残余の各回路C1、C2に向かって分岐する分岐流路47a、47b、48a、48bを形成している。これにより、エンジン用冷却回路40を、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2の両方と連通させることができる。
本実施形態では、流量調整弁80は、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態と、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち他方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する状態とを切り替える。
流量調整弁80は、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
流量調整弁80は、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち他方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環することを遮断する。
これによると、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち一方のポンプが吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
さらに、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち他方のポンプが吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第1ポンプ11および第2ポンプ12のうち他方のポンプが吸入して吐出した冷却水と、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水とが混合してしまうことを防止できる。
本実施形態では、流量調整弁80は、第1ポンプ11が吸入して吐出した冷却水がヒータコア17に循環する場合、第3ポンプ42が吸入して吐出した冷却水を冷却水冷却器14およびクーラコア53に循環させる。
これにより、エンジン43の廃熱を冷却水冷却器14で吸熱するとともに、エンジン43の廃熱をクーラコア53で利用する作動モードを実現できる。
(第9実施形態)
上記第8実施形態では、エンジン用冷却回路40は、第1ポンプ用流路31および第2ポンプ用流路32に対して直列に接続されているが、本実施形態では、図22に示すように、エンジン用冷却回路40は、第1ポンプ用流路31および第2ポンプ用流路32に対して並列に接続されている。
第1接続流路47のうち第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吐出側に位置する部位31dに接続されている。第1接続流路47のうち第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吐出側に位置する部位32dに接続されている。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1に接続された機器における冷却水の圧力よりも高くなる部位に配置されている。第1冷却回路C1に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、ヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路47aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1の平均圧力よりも高くなる部位に接続されていればよい。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2に接続された機器における冷却水の圧力よりも高くなる部位に配置されている。第2冷却回路C2に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、ヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路47bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2の平均圧力よりも高くなる部位に接続されていればよい。
第2接続流路48のうち第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1ポンプ用流路31のうち第1ポンプ11の吸入側に位置する部位31cに接続されている。第2接続流路48のうち第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2ポンプ用流路32のうち第2ポンプ12の吸入側に位置する部位32cに接続されている。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1に接続された機器における冷却水の圧力よりも低くなる部位に配置されている。第1冷却回路C1に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、ヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第1ポンプ用流路31側の分岐流路48aは、第1冷却回路C1のうち、冷却水の圧力が、第1冷却回路C1の平均圧力よりも低くなる部位に接続されていればよい。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2に接続された機器における冷却水の圧力よりも低くなる部位に配置されている。第2冷却回路C2に接続された機器とは、ラジエータ13、温度調整対象機器16、ヒータコア17のうち少なくとも1つの機器のことである。
第2ポンプ用流路32側の分岐流路48bは、第2冷却回路C2のうち、冷却水の圧力が、第2冷却回路C2の平均圧力よりも低くなる部位に接続されていればよい。
混合流路82は、第1接続流路47のうち分岐流路47a、47b以外の部位と、第2接続流路48のうち分岐流路48a、48b以外の部位とを連通する第3連通手段である。
これにより、図22の矢印に示すように、エンジン用冷却回路40の冷却水と、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2の冷却水とが第1接続流路47を介して混合流路82に流入し、混合流路82で混合された冷却水が第2接続流路48を介してエンジン用冷却回路40側と第1冷却回路C1および第2冷却回路C2側とに分岐して還流する。
第2接続流路48には絞り弁83が配置されている。絞り弁83は、第1絞り弁83aおよび第2絞り弁83bを有している。
第1絞り弁83aは、第2接続流路48のうち混合流路82との接続部よりもエンジン用冷却回路40側の部位に配置されている。第1絞り弁83aは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるアクチュエータとを有する可変絞り機構である。アクチュエータは、電動アクチュエータ、またはバネ圧を利用する機械式アクチュエータである。第1絞り弁83aが流路を絞って圧損を高くすることによって冷却水の逆流を防止する。
第2絞り弁83bは、第2接続流路48のうち混合流路82との接続部よりも第1ポンプ用流路31および第2ポンプ用流路32側の部位に配置されている。第2絞り弁83bは、絞り開度を変更可能に構成された弁体と、この弁体の絞り開度を変化させるアクチュエータとを有する可変絞り機構である。アクチュエータは、電動アクチュエータ、またはバネ圧を利用する機械式アクチュエータである。第2絞り弁83bは、流路を絞って圧損を高くすることによって冷却水の逆流を防止する。
第1絞り弁83aおよび第2絞り弁83bの作動は、制御装置60(図3)によって制御される。
流量調整弁80は、第1流量調整弁80aと第2流量調整弁80bとで構成されている。換言すれば、流量調整弁80は、2つ二方弁80a、80bは二方弁で構成されている。流量調整弁80は、1つの三方弁で構成されていてもよい。
本実施形態では、リザーブタンク81がエンジン用冷却回路40に設置されているので、エンジン用冷却回路40における冷却水の圧力がリザーブタンク81によって調整される。
そして、第1接続流路47は、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2のうち冷却水の圧力が高くなる部位(ポンプ吐出側部位)を、エンジン用冷却回路40のうち冷却水の圧力が高くなる部位(ポンプ吐出側部位)と連通させている。
これによると、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2の最高圧力を、エンジン用冷却回路40の最高圧力と同程度に制限できるので、第1冷却回路C1および第2冷却回路C2に配置された機器をリザーブタンク81の設定圧力で保護できる。
エンジン用冷却回路40のエンジン用ポンプ42、第1冷却回路C1の第1ポンプ11、および第2冷却回路C2の第2ポンプ12は、互いに揚程が異なるような作動をする場合がある。特に、エンジン用ポンプ42は、エンジン43の回転数に依存する場合がある。
エンジン用冷却回路40と第1冷却回路C1または第2冷却回路C2とでポンプの揚程が異なるような作動をしている場合、第1絞り弁83aおよび第2絞り弁83bのうちポンプ揚程が高い回路側の絞り弁を絞って圧損を高くすることによって、ポンプ揚程が高い回路側から流れ込む冷却水の流量を抑制してポンプ揚程が低い回路側への逆流を抑制し、ひいては混合流路82における冷却水の混合比を適正に維持することができる。
本実施形態では、混合流路82は、第1接続流路47と第2接続流路48とを連通している。第1接続流路47は、リザーブタンク81が設けられた回路と、残余の各回路のうち、冷却水の圧力が第2平均圧力よりも高くなる部位とを連通すればよい。第2平均圧力とは、残余の各回路におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力のことである。
第1絞り手段83aは、第2接続流路48のうち、混合流路82とリザーブタンク81が設けられた回路40との間における冷却水の流れを絞る。第2絞り手段83bは、第2接続流路48のうち、混合流路82と残余の各回路との間における冷却水の流れを絞る。
これによると残余の各回路の最高圧力を、リザーブタンク81が設けられた回路の最高圧力と同程度に制限できるので、残余の各回路に配置された機器を保護できる。また、第1絞り手段83aおよび第2絞り手段83bによって、リザーブタンク81が設けられた回路40と残余の各回路との間で冷却水が逆流することを抑制できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(1)冷却水によって温度調整(冷却・加熱)される温度調整対象機器(冷却対象機器・加熱対象機器)として種々の機器を用いることができる。例えば、乗員が着座するシートに内蔵されて冷却水によってシートを冷却・加熱する熱交換器を温度調整対象機器として用いてもよい。また、温度調整対象機器の個数を適宜変更してもよい。
(2)上記実施形態では、冷却水を外気の温度よりも低温まで冷却する冷却手段として、冷凍サイクル21の低圧冷媒で冷却水を冷却する冷却水冷却器14を用いているが、ペルチェ素子を冷却手段として用いてもよい。
(3)上記各実施形態において、エンジン43の代わりに、作動に伴って熱を発生する種々の発熱機器(例えば燃料電池)が設けられていてもよい。
(4)上記各実施形態において、ヒータコア17の代わりに、熱を利用する種々の熱利用機器(例えば電池)が設けられていてもよい。
(5)上記各実施形態では、温度調整対象機器を温度調整するための熱媒体として冷却水を用いているが、油などの各種媒体を熱媒体として用いてもよい。
熱媒体として、ナノ流体を用いてもよい。ナノ流体とは、粒子径がナノメートルオーダーのナノ粒子が混入された流体のことである。ナノ粒子を熱媒体に混入させることで、エチレングリコールを用いた冷却水(いわゆる不凍液)のように凝固点を低下させる作用効果に加えて、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、特定の温度帯での熱伝導率を向上させる作用効果、熱媒体の熱容量を増加させる作用効果、金属配管の防食効果やゴム配管の劣化を防止する作用効果、および極低温での熱媒体の流動性を高める作用効果を得ることができる。
このような作用効果は、ナノ粒子の粒子構成、粒子形状、配合比率、付加物質によって様々に変化する。
これによると、熱伝導率を向上させることができるので、エチレングリコールを用いた冷却水と比較して少ない量の熱媒体であっても同等の冷却効率を得ることが可能になる。
また、熱媒体の熱容量を増加させることができるので、熱媒体自体の蓄冷熱量(顕熱による蓄冷熱)を増加させることができる。
蓄冷熱量を増加させることにより、圧縮機22を作動させない状態であっても、ある程度の時間は蓄冷熱を利用した機器の冷却、加熱の温調が実施できるため、車両用熱管理システムの省動力化が可能になる。
ナノ粒子のアスペクト比は50以上であるのが好ましい。十分な熱伝導率を得ることができるからである。なお、アスペクト比は、ナノ粒子の縦×横の比率を表す形状指標である。
ナノ粒子としては、Au、Ag、CuおよびCのいずれかを含むものを用いることができる。具体的には、ナノ粒子の構成原子として、Auナノ粒子、Agナノワイヤー、CNT(カーボンナノチューブ)、グラフェン、グラファイトコアシェル型ナノ粒子(上記原子を囲むようにカーボンナノチューブ等の構造体があるような粒子体)、およびAuナノ粒子含有CNTなどを用いることができる。
(6)上記各実施形態の冷凍サイクル21では、冷媒としてフロン系冷媒を用いているが、冷媒の種類はこれに限定されるものではなく、二酸化炭素等の自然冷媒や炭化水素系冷媒等を用いてもよい。
また、上記各実施形態の冷凍サイクル21は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成しているが、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超える超臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。
(7)上記各実施形態では、熱管理システム10をハイブリッド自動車に適用した例を示したが、エンジンを備えず走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る電気自動車に熱管理システム10を適用してもよい。
11 第1ポンプ
12 第2ポンプ
13 ラジエータ(熱媒体流通機器)
14 冷却水冷却器(熱媒体流通機器)
15 冷却水加熱器(熱媒体流通機器)
16 温度調整対象機器(熱媒体流通機器)
17 ヒータコア(熱利用機器)
18 第1切替弁
19 第2切替弁
40 熱媒体回路
42 第3ポンプ
43 エンジン(発熱機器)
49 三方弁(切替手段)

Claims (19)

  1. 熱媒体を吸入して吐出する第1ポンプ(11)、第2ポンプ(12)および第3ポンプ(42)と、
    前記熱媒体が流通する熱媒体流通機器(13、14、15、16)と、
    前記第1ポンプ(11)の熱媒体吐出側、前記第2ポンプ(12)の熱媒体吐出側、および前記熱媒体流通機器(13、14、15、16)の熱媒体入口側が接続され、前記熱媒体流通機器(13、14、15、16)について前記第1ポンプ(11)から吐出された熱媒体が流入する状態と前記第2ポンプ(12)から吐出された前記熱媒体が流入する状態とを切り替える第1切替弁(18)と、
    前記第1ポンプ(11)の熱媒体吸入側、前記第2ポンプ(12)の熱媒体吸入側、および前記熱媒体流通機器(13、14、15、16)の熱媒体出口側が接続され、前記熱媒体流通機器(13、14、15、16)について前記第1ポンプ(11)へ前記熱媒体が流出する状態と前記第2ポンプ(12)へ熱媒体が流出する状態とを切り替える第2切替弁(19)と、
    前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が循環する熱媒体回路(40)と、
    前記熱媒体回路(40)に配置され、熱を発生する発熱機器(43)と、
    前記第1切替弁(18)および前記第2切替弁(19)のうち少なくとも一方の切替弁、および前記熱媒体回路(40)に接続され、前記熱媒体の熱を利用する熱利用機器(17)と、
    前記第1ポンプ(11)および前記第2ポンプ(12)のうち一方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する状態と、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する状態とを切り替える切替手段(49、70、18、80)とを備えることを特徴とする車両用熱管理システム。
  2. 前記切替手段(49、70、18、80)は、前記一方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環することを遮断することを特徴とする請求項1に記載の車両用熱管理システム。
  3. 前記少なくとも一方の切替弁または前記切替手段(70)は、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記第1ポンプ(11)が吸入して吐出した前記熱媒体、および前記第2ポンプ(12)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環することを遮断することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用熱管理システム。
  4. 前記第1ポンプ(11)によって循環される前記熱媒体の流れが前記第1切替弁(18)側と前記熱利用機器(17)側とに分岐する分岐部(31a)と、
    前記第2切替弁(19)から流出した前記熱媒体と前記熱利用機器(17)から流出した前記熱媒体とが合流する合流部(31b)とを備えることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用熱管理システム。
  5. 前記第1ポンプ(11)が吸入して吐出した前記熱媒体が循環する第1熱媒体循環回路(C1)、前記第2ポンプ(12)が吸入して吐出した前記熱媒体が循環する第2熱媒体循環回路(C2)、および前記熱媒体回路(40)のうちいずれか1つの回路(40)に設けられ、前記熱媒体の圧力を調整する圧力調整手段(81)と、
    前記第1熱媒体循環回路(C1)、前記第2熱媒体循環回路(C2)および前記熱媒体回路(40)のうち前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)と、残余の各回路(C1、C2)とを連通する第1連通手段(47)および第2連通手段(48)とを備え、
    前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力を第1平均圧力としたとき、
    前記第1連通手段(47)は、前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)のうち前記熱媒体の圧力が前記第1平均圧力よりも高くなる部位(41b)と、前記残余の各回路(C1、C2)とを連通していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  6. 前記残余の各回路(C1、C2)におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力を第2平均圧力としたとき、
    前記第1連通手段(47)は、前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)と、前記残余の各回路(C1、C2)のうち前記熱媒体の圧力が前記第2平均圧力よりも低くなる部位(31c、32c)とを連通することを特徴とする請求項5に記載の車両用熱管理システム。
  7. 前記第1連通手段(47)と前記第2連通手段(48)とを連通する第3連通手段(82)を備え、
    前記残余の各回路(C1、C2)におけるポンプ吐出圧力とポンプ吸入圧力との平均圧力を第2平均圧力としたとき、
    前記第1連通手段(47)は、前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)と、前記残余の各回路(C1、C2)のうち、前記熱媒体の圧力が前記第2平均圧力よりも高くなる部位(31d、32d)とを連通し、
    さらに、前記第2連通手段(48)のうち、前記第3連通手段(82)と前記圧力調整手段(81)が設けられた回路(40)との間における前記熱媒体の流れを絞る第1絞り手段(83a)と、
    前記第2連通手段(48)のうち、前記第3連通手段(82)と前記残余の各回路(C1、C2)との間における前記熱媒体の流れを絞る第2絞り手段(83b)とを備えることを特徴とする請求項5に記載の車両用熱管理システム。
  8. 前記残余の各回路(C1、C2)のうち前記第2連通手段(48)と接続される部位には、重力方向上方側を向いた開口面を有する連通孔(31e、32e)が形成されていることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  9. 前記第1連通手段(47)および前記第2連通手段(48)は、前記残余の各回路(C1、C2)に向かって分岐する分岐流路(47a、47b、48a、48b)を形成していることを特徴とする請求項5ないし8のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  10. 前記切替手段(80)は、
    前記一方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する状態と、前記第1ポンプ(11)および前記第2ポンプ(12)のうち他方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する状態と、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する状態とを切り替え、
    前記他方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環することを遮断することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  11. 前記熱媒体の熱を吸熱することによって熱媒体を冷却する熱媒体冷却手段(14)と、
    前記熱媒体の熱を利用する第2熱利用機器(53)とを備え、
    前記切替手段(80)は、前記第1ポンプ(11)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体を前記熱媒体冷却手段(14)および前記第2熱利用機器(53)に循環させることを特徴とする請求項10に記載の車両用熱管理システム。
  12. 前記切替手段(49、70)は、前記熱媒体の流れにおいて、前記少なくとも一方の切替弁と前記熱利用機器(17)との間に配置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1つに記載の車両用熱管理システム。
  13. 前記熱利用機器(17)は、前記第1切替弁(18)および前記第2切替弁(19)に接続されており、
    前記切替手段(49、70)は、前記熱媒体の流れにおいて、前記第1切替弁(18)または前記第2切替弁(19)と前記熱利用機器(17)との間に配置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1つに記載の車両用熱管理システム。
  14. 前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段(15)を備え、
    前記熱媒体加熱手段(15)は、前記熱媒体の流れにおいて、前記熱利用機器(17)と直列、かつ前記熱利用機器(17)よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  15. 前記熱媒体加熱手段(15)から流出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)をバイパスして流れるバイパス手段(71)を備え、
    前記切替手段(70)は、前記熱媒体の流れにおいて、前記熱媒体加熱手段(15)と前記熱利用機器(17)との間に配置されており、
    前記バイパス手段(71)は、前記切替手段(70)に接続されており、
    前記切替手段(70)は、前記一方のポンプが吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記バイパス手段(71)への前記熱媒体の流通を遮断し、前記第3ポンプ(42)が吸入して吐出した前記熱媒体が前記熱利用機器(17)に循環する場合、前記バイパス手段(71)に前記熱媒体を流通させることを特徴とする請求項14に記載の車両用熱管理システム。
  16. 前記バイパス手段(71)は、前記熱利用機器(17)から前記一方のポンプ側に至る前記熱媒体の流路(37)のうち前記熱媒体回路(40)側への分岐部(37a)よりも下流側の部位(37b)に接続されていることを特徴とする請求項15に記載の車両用熱管理システム。
  17. 前記少なくとも一方の切替弁および前記切替手段(49、70、18)は、前記熱利用機器(17)に、前記第1ポンプ(11)によって吸入されて吐出された前記熱媒体、前記第2ポンプ(12)によって吸入されて吐出された前記熱媒体、および前記第3ポンプ(42)によって吸入されて吐出された前記熱媒体のいずれもが循環しない状態に切り替え可能になっていることを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  18. 前記少なくとも一方の切替弁には、前記熱媒体回路(40)が接続されており、
    前記少なくとも一方の切替弁は、前記切替手段(49)を構成していることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
  19. 前記熱媒体回路(40)を循環する前記熱媒体と外気とを熱交換する熱媒体外気熱交換器(44)を備え、
    前記熱利用機器(17)および前記熱媒体外気熱交換器(44)は、前記熱媒体回路(40)における前記熱媒体の流れにおいて互いに並列に配置されていることを特徴とする請求項1ないし18のいずれか1つに記載の車両用熱管理システム。
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