JP6992659B2 - 車両用熱管理装置 - Google Patents

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Description

本発明は車両用熱管理装置に関する。
特許文献１には、除湿暖房運転を行うことが可能な車両用ヒートポンプ空調システムが開示されている。このシステムは圧縮機から吐出された冷媒を、三方切替弁、車内へ吹き出す空気を加熱する車内凝縮器、レシーバを順に通過させた後、２つの経路に分岐させる。一方の経路は、開閉弁機能付き第１減圧手段、車内へ吹き出す空気を冷却する車内蒸発器を通過して圧縮機に戻る経路であり、他方の経路は、開閉弁機能付き第２減圧手段、車外蒸発器を通過して圧縮機に戻る経路である。特許文献１の技術は、圧縮機の回転数を増減させて冷媒の循環流量を制御することで、車内に吹き出される空気の温度を設定温度の変化に追従して変化させるために、車内蒸発器から吹き出される空気の温度に応じて第１減圧手段を開閉させている。
特開２０１３－２４４８４４号公報
しかしながら、特許文献１の技術は、車内に吹き出される空気の温度が、設定温度に近づく、或いは設定温度に達することで、圧縮機の回転数を減少させた場合に、車内蒸発器を通過する冷媒の流量も減少することで除湿性能を維持することができない。このため、特許文献１の技術は、除湿暖房運転において、除湿要求量に対して暖房要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた空調を実現できないという問題がある。
特に、除湿暖房を内気循環モードで行っていた場合、車室温度が上昇して飽和水蒸気量が増大すると、乗員の呼気に含まれる水蒸気、乗員の汗や窓の結露の蒸発等により、車室内の空気に含まれる水分量は増加する。このため、除湿暖房を内気循環モードで開始してから時間が経過して車室温度が上昇すると、暖房要求量は低下する一方で除湿要求量は増大する傾向にある。従って、除湿暖房運転において、除湿要求量に対して暖房要求量が相対的に低下することは高頻度で生じ得る。
なお、上記の問題は空調装置の除湿暖房運転に限られるものではない。すなわち、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行っている状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合、特許文献１の技術では、要求に応じた熱管理を実現できない。
本発明は、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行っている状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた熱管理を実現することが目的である。
第１の態様に係る車両用熱管理装置は、一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、前記第１熱交換器で熱交換され、前記第２熱交換器及び前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記放熱部で放熱されている第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を増加させる流量変更部と、を含んでいる。
第１の態様では、第１循環部が、第１流路に対して第２流路と第３流路とが並列に接続された第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる。第１循環路の第１流路は、一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の一次側を経由し、第２流路は第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由し、第３流路は第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する。また、第１の態様では、第２循環部が、第４流路、第５流路及び第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる。第２循環路の第４流路は車両の発熱体を経由し、第５流路はラジエタを経由し、第６流路は車両内の放熱部及び第１熱交換器の二次側を経由する。
上記構成において、吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うことは、第１熱交換器で熱交換され、第２熱交換器及び吸熱部で吸熱され、かつ、放熱部で放熱されている第１状態によって実現される。この第１状態から、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、流量変更部は、第２循環路の第５流路における第２熱交換媒体の流量を増加させる。
これにより、第１循環路の吸熱部での吸熱量は維持される一方で、第１熱交換器で第１熱交換媒体から第２熱交換媒体へ移動した熱のうち、第２循環路の第５流路のラジエタで放熱される熱の割合が増加することで、第２循環路の放熱部での放熱量が低下する。従って、第１の態様によれば、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行っている状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた熱管理を実現することができる。
なお、第１の態様において、前記流量変更部は、例えば第２の態様のように、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を調整可能な第１流量調整部と、前記第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加するように前記第１流量調整部を制御する第１制御部と、を含むことができる。
また、第２の態様において、例えば第３の態様のように、前記第１流量調整部は、前記第５流路に設けられた流量調整弁であり、前記第１制御部は、前記流量調整弁の開度を増加させることで、前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加させてもよい。
また、第２の態様において、例えば第４の態様のように、前記第１流量調整部は、前記第５流路に設けられ開弁温度を変更可能な電気式のサーモスタットであり、前記第１制御部は、前記電気式のサーモスタットの開弁温度を低下させることで、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を増加させてもよい。
また、第１の態様において、前記流量変更部は、例えば第５の態様のように、前記第５流路に設けられた機械式のサーモスタットであってもよい。
第６の態様は、第１の態様～第５の態様の何れかにおいて、前記第１状態で、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第１循環路の前記第２流路における前記第１熱交換媒体の流量が減少するように前記第１膨張弁を制御する第２制御部を更に含んでいる。
前述のように、本発明における第１状態では、第１循環路の第２熱交換器及び吸熱部で吸熱を行い、第１熱交換器で第１熱交換媒体から第２熱交換媒体への熱移動を行い、第２循環路の放熱部で放熱を行う。ここで、第１循環路において、第１熱交換器で第１熱交換媒体から第２熱交換媒体へ移動する熱量は、第２熱交換器での吸熱量、吸熱部での吸熱量及び第１循環部の仕事量の総和である。このうち、第２熱交換器での吸熱量については、第２熱交換器を経由する第１熱交換媒体の流量を変化させることで調整可能である。
第６の態様では、第１状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、第１循環路の第２流路における第１熱交換媒体の流量が減少するように、或いは循環が停止するように、第１膨張弁を制御する。これにより、第１循環路の吸熱部での吸熱量は維持される一方で、第２熱交換器での吸熱量が減少し、これに伴って第１熱交換器で第１熱交換媒体から第２熱交換媒体へ移動する熱量が減少することで、第２循環路の放熱部での放熱量を減少させることができる。従って、第６の態様によれば、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行っている状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた熱管理をより確実に実現することができる。
第７の態様は、第２の態様～第４の態様の何れかにおいて、前記第１状態で、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第１制御部が前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加するように前記第１流量調整部を制御するよりも前に、前記第１循環路の前記第２流路における前記第１熱交換媒体の流量が減少するように前記第１膨張弁を制御する第２制御部を更に含んでいる。
第７の態様では、第１状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、第６の態様と同様の制御を、第５流路における第２熱交換媒体の流量が増加するように第１流量調整部を制御するよりも前に行う。これにより、第５流路における第２熱交換媒体の流量を増加させる制御よりも後に、第２流路における第１熱交換媒体の流量を減少させる制御を行った場合と比較して、第１循環部の仕事量を抑制することができ、エネルギーの利用効率が向上する。
また、第１の態様～第７の態様の何れかにおいて、例えば第８の態様のように、前記発熱体は前記車両に搭載されたエンジンであり、前記第２循環路は、前記エンジンをバイパスするバイパス流路と、前記第４流路における前記第２熱交換媒体の流量を調整可能な第２流量調整部と、を含んでいてもよい。これにより、エンジンの暖機が必要な場合は、第４流路における第２熱交換媒体の流量を第２流量調整部によって減少させ、バイパス流路における第２熱交換媒体の流量を増加させることで、エンジンの暖機を短時間で完了させることができる。
また、第１の態様～第８の態様の何れかにおいて、吸熱部は、例えば第９の態様のように、車室内に供給される空気流が通過するダクト内に、放熱部と共に配置されたエバポレータであってもよい。この場合、第１状態は、エバポレータで除湿すると共に放熱部で加熱した空気流を車室内に供給する除湿暖房運転状態であってもよい。
また、第１の態様～第９の態様の何れかにおいて、吸熱部は、例えば第１０の態様のように、車両に搭載された電池を冷却するための第３熱交換器であってもよい。
また、第１の態様～第１０の態様の何れかにおいて、例えば第１１の態様のように、前記第１状態において、前記放熱部での放熱要求量に応じた回転数及び前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数のうちの高い方に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第２熱交換器の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第３制御部を更に含んでいてもよい。
第１１の態様は、放熱部での放熱要求量に応じた回転数及び吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数のうちの高い方に基づいて第１循環部を制御するので、第１状態において、放熱部での放熱要求量及び吸熱部での吸熱要求量を考慮して第１熱交換媒体の循環量を適切に制御することができる。一方、第１熱交換媒体の循環量を上記のように制御した場合、第２熱交換器の出側における第１熱交換媒体の過熱度や、吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度が過多あるいは過少となる可能性がある。これに対し、第１１の態様では、第２熱交換器の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて第１膨張弁を制御し、吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて第２膨張弁を制御するので、第２熱交換器及び吸熱部の性能を適正に発揮させることができる。
従って、第１１の態様によれば、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うために、第１熱交換器で熱交換され、第２熱交換器及び吸熱部で吸熱され、かつ、放熱部で放熱される第１状態において、放熱部での放熱要求量及び吸熱部での吸熱要求量を考慮して第１熱交換媒体の循環量を適切に制御しつつ、第２熱交換器及び吸熱部の性能を適正に発揮させることができる。
また、第１の態様～第１１の態様の何れかにおいて、例えば第１２の態様のように、第２熱交換媒体の温度が所定値以上で、前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記第２熱交換器及び前記放熱部で放熱される第２状態において、前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第１熱交換器の入側における第１熱交換媒体の温度が第２熱交換媒体の温度以上になるように前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第４制御部を更に含んでいてもよい。
第２熱交換媒体の温度が所定値以上の場合、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うことは、吸熱部で吸熱し、かつ、第２熱交換器及び放熱部で放熱する第２状態にする、すなわち第２熱交換媒体の熱を利用して放熱部の放熱を行うことで実現することが望ましい。但し、第１熱交換器において第１熱交換媒体の温度が第２熱交換媒体の温度未満の場合、第２熱交換媒体から第１熱交換媒体へ熱が移動し、移動した熱が第２熱交換器で廃棄されることになる。これに対して第１２の態様は、吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数に基づいて第１循環部を制御すると共に、第１熱交換器の入側における第１熱交換媒体の温度が第２熱交換媒体の温度以上になるように第１膨張弁を制御し、吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて第２膨張弁を制御する。これにより、第１熱交換器において第２熱交換媒体から第１熱交換媒体へ熱が移動することを抑制することができる。
従って、第１２の態様によれば、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うために、第２熱交換媒体の温度が所定値以上で、前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記第２熱交換器及び前記放熱部で放熱される第２状態において、第２熱交換媒体の熱が第１熱交換媒体を経由して第２熱交換器で廃棄されることを抑制することができる。
第１３の態様に係る車両用熱管理装置は、一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、前記第１熱交換器で熱交換され、前記第２熱交換器及び前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記放熱部で放熱される第１状態において、前記放熱部での放熱要求量に応じた回転数及び前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数のうちの高い方に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第２熱交換器の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第３制御部と、を含んでいる。
第１３の態様によれば、第１１の態様と同様に、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うために、第１熱交換器で熱交換され、第２熱交換器及び吸熱部で吸熱され、かつ、放熱部で放熱される第１状態において、放熱部での放熱要求量及び吸熱部での吸熱要求量を考慮して第１熱交換媒体の循環量を適切に制御しつつ、第２熱交換器及び吸熱部の性能を適正に発揮させることができる。
第１４の態様に係る車両用熱管理装置は、一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、第２熱交換媒体の温度が所定値以上で、前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記第２熱交換器及び前記放熱部で放熱される第２状態において、前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第１熱交換器の入側における第１熱交換媒体の温度が第２熱交換媒体の温度以上になるように前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第４制御部と、を含んでいる。
第１４の態様によれば、第１２の態様と同様に、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行うために、第２熱交換媒体の温度が所定値以上で、前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記第２熱交換器及び前記放熱部で放熱される第２状態において、第２熱交換媒体の熱が第１熱交換媒体を経由して第２熱交換器で廃棄されることを抑制することができる。
また、第１１の態様～第１４の態様の何れかにおいて、前記第２膨張弁は、例えば第１５の態様のように、機械式の膨張弁であってもよい。
本発明は、車両内の吸熱部が吸熱を、放熱部が放熱を各々行っている状態で、吸熱部での吸熱要求量に対して放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた熱管理を実現できる、という効果を有する。
第１実施形態に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 車載システムのうち第１実施形態に係る車両用熱管理システムに関係する部分の概略ブロック図である。 暖房運転での第１熱交換媒体及び冷却水の流れを示す概略図である。 冷房運転での第１熱交換媒体の流れを示す概略図である。 第１実施形態に係る除湿暖房運転処理を示すフローチャートである。 除湿暖房運転の前期(暖房要求量が低下する前の期間)における第１熱交換媒体及び冷却水の流れを示す概略図である。 除湿暖房運転の後期(暖房要求量が低下した後の期間)における第１熱交換媒体及び冷却水の流れを示す概略図である。 実施形態に係る車両用熱管理システムにおけるモリエル線図である。 第２実施形態に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 車載システムのうち第２実施形態に係る車両用熱管理システムに関係する部分の概略ブロック図である。 第２実施形態に係る除湿暖房運転処理を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 車載システムのうち第３実施形態に係る車両用熱管理システムに関係する部分の概略ブロック図である。 第４実施形態に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 車載システムのうち第４実施形態に係る車両用熱管理システムに関係する部分の概略ブロック図である。 第４実施形態に係る吸熱暖房運転処理を示すフローチャートである。 第５実施形態に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 車載システムのうち第５実施形態に係る車両用熱管理システムに関係する部分の概略ブロック図である。 第５実施形態に係る除湿暖房運転処理を示すフローチャートである。 車両用熱管理システムの他の構成を示す概略構成図である。 第６実施形態に係る除湿運転処理を示すフローチャートである。 比較例に係る車両用熱管理システムの概略構成図である。 比較例に係る車両用熱管理システムにおいて、室外熱交換器で放熱を行う場合のモリエル線図である。
以下、まず本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の比較例を説明する。
〔比較例〕
図２２には、比較例に係る車両用熱管理システム３００が示されている。車両用熱管理システム３００は、熱交換媒体循環路３０２に冷媒を循環させることで車室内の空調を行う空調装置と、冷却水循環路３５０に冷却水を循環させることで車両のエンジン３６４を冷却する冷却水管理装置と、を含んでいる。なお、図２２では熱交換媒体循環路３０２を破線で示し、冷却水循環路３５０を実線で示す。
熱交換媒体循環路３０２は配管３０４を含み、配管３０４の途中には、冷媒の循環方向の上流側から順に、アキュムレータタンク３２０、冷媒を圧縮するコンプレッサ３２２、空気加熱熱交換器３２４が設けられている。配管３０４の他端は配管３０６,３０８の一端に各々接続されており、コンプレッサ３２２から吐出された冷媒は、空気加熱熱交換器３２４を経由し、配管３０６,３０８内に流入する。
配管３０６の他端は室外熱交換器３３０の熱交換媒体流入側に接続されており、配管３０６の途中には、電気式の第１膨張弁３２６、第１電磁弁３２８が順に設けられている。室外熱交換器３３０は、ラジエタ３６６の車両前方側に配置されている。また、室外熱交換器３３０の熱交換媒体流出側には配管３１０の一端が接続されており、配管３１０の他端は配管３１２,３１４の一端に各々接続されている。配管３１２の他端は配管３０４の他端と接続されており、配管３１２の途中には第３電磁弁３３４が設けられている。
一方、配管３０８の他端は、配管３１４の他端及び配管３１６の一端と各々接続されており、配管３０８の途中には第２電磁弁３３２が設けられており、配管３１４の途中には第４電磁弁３３６が設けられている。配管３１６の他端はエバポレータ３４０の熱交換媒体流入側に接続されており、配管３１６の途中には電気式の第２膨張弁３３８が設けられている。エバポレータ３４０の熱交換媒体流出側には配管３１８の一端が接続されており、配管３１８の他端は、配管３０４の一端及び配管３１２の他端と各々接続されており、配管３１８の途中には圧力調整弁３４２が設けられている。
一方、冷却水循環路３５０は配管３５２を含んでおり、配管３５２の途中には、冷却水の循環方向上流側から順に、ウォータポンプ３６２、車両のエンジン３６４が設けられている。配管３５２内を流通する冷却水は、エンジン３６４のウォータジャケット内を通過し、エンジン３６４から受熱することでエンジン３６４を冷却する。
配管３５２の一端は配管３５４,３５６の一端と各々接続されており、配管３５２の他端は配管３５８,３６０の一端と各々接続されている。配管３５４の他端は、ラジエタ３６６の冷却水流入側に接続されており、ラジエタ３６６の冷却水流出側には配管３５８の他端が接続されている。配管３５８の途中には機械式サーモスタット３６８が設けられている。
また、配管３５６の他端はヒータコア３７０の冷却水流入側に接続されており、配管３５６内に流入した冷却水はヒータコア３７０に流入する。また、ヒータコア３７０の冷却水流出側には配管３６０の他端が接続されている。
車両用熱管理システム３００の空調装置が車室内の除湿暖房を行う場合の、熱交換媒体循環路３０２内における冷媒の循環経路の一例を図２２に矢印Ｘで示し、冷却水循環路３５０内における冷却水の循環経路の一例を矢印Ｙで示す。車両用熱管理システム３００は、車室内の除湿暖房に際し、室外熱交換器３３０とエバポレータ３４０とを直列に接続することも並列に接続することも可能であり、この接続は外気温等に応じて選択される。図２２は、第２電磁弁３３２及び第３電磁弁３３４を閉止し、室外熱交換器３３０とエバポレータ３４０とを直列に接続した場合の冷媒の循環経路を矢印Ｘで示している。
比較例に係る車両用熱管理システム３００は、電気式の第１膨張弁３２６によって冷媒の過冷却度を制御し、電気式の第２膨張弁３３８によって室外熱交換器３３０の蒸発圧力を制御している。このため、暖房要求量が低い場合は、図２３に示すように室外熱交換器３３０で放熱を行い、暖房要求量が高い場合は、室外熱交換器３３０で吸熱を行うように動作を切替えることが可能である。但し、比較例に係る車両用熱管理システム３００は、第１膨張弁３２６及び第２膨張弁３３８の各々が、高価な電気式の膨張弁であることが必須であり、コストが嵩むという課題がある。
また、比較例に係る車両用熱管理システム３００は、エバポレータ３４０を通過する冷媒の流量がアキュムレータタンク３２０によって制御されるので、アキュムレータタンク３２０も必須となる。アキュムレータタンク３２０は、例えば直径が90mm程度、高さが200mm程度とサイズが大きく、比較例に係る車両用熱管理システム３００は、設置に必要なスペースが大きいという課題もある。
〔第１実施形態〕
図１には、第１実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ａが示されている。車両用熱管理システム１０Ａは、第１循環路１２に第１熱交換媒体を循環させることで車室内の空調を行う空調装置と、第２循環路５６に冷却水を循環させることで車両の発熱体７０を冷却する冷却水管理装置と、を含んでいる。なお、図１では第１循環路１２を破線で示し、第２循環路５６を実線で示す。本実施形態において、冷却水は本発明における第２熱交換媒体の一例であり、第２熱交換媒体は冷却水以外であってもよい。
まず、第１循環路１２を説明する。第１循環路１２は、第１循環路１２内の第１熱交換媒体を圧縮するコンプレッサ３０が設けられている。コンプレッサ３０は、一端が第１循環路１２の接続点１２Ａに位置し、他端が接続点１２Ｂに位置する配管１４の途中に設けられている。配管１４の途中には、コンプレッサ３０の下流側に相当する位置に、一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器３２が設けられている。コンプレッサ３０から吐出された第１熱交換媒体は、第１熱交換器３２の一次側を経由する。なお、第１熱交換器３２は本発明における第１熱交換器の一例であり、コンプレッサ３０は本発明における第１循環部の一例である。
第１循環路１２の接続点１２Ｂにおいて、配管１４の他端は、配管１６,１８の一端に各々接続されている。第１熱交換器３２の一次側を経由して接続点１２Ａに到達した第１熱交換媒体は、配管１６内に流入する第１熱交換媒体と、配管１８内に流入する第１熱交換媒体と、に分岐する。
配管１６の他端は室外熱交換器３８の熱交換媒体流入側に接続されており、配管１６の途中には、第１膨張弁３４、第１電磁弁３６が順に設けられている。室外熱交換器３８は、後述するラジエタ７４の車両前方側に配置されており、室外熱交換器３８の車両前方側には外気温度センサ５２が配置されている。また、室外熱交換器３８の熱交換媒体流出側には配管２０の一端が接続されており、配管２０の他端は、第１循環路１２の接続点１２Ｃにおいて、配管２２,２４の一端に各々接続されている。配管２２の他端は接続点１２Ａに位置しており、配管２２の途中には第３電磁弁４２が設けられている。
一方、配管１８の他端は、接続点１２Ｄにおいて、配管２４の他端及び配管２６の一端と各々接続されており、配管１８の途中には第２電磁弁４０が設けられており、配管２４の途中には第４電磁弁４４が設けられている。配管２６の他端はエバポレータ４８の熱交換媒体流入側に接続されており、配管２６の途中には第２膨張弁４６が設けられている。エバポレータ４８の熱交換媒体流出側には配管２８の一端が接続されており、配管２８の他端は接続点１２Ａにおいて、配管１４の一端及び配管２２の他端と各々接続されており、配管２８の途中には圧力調整弁５０が設けられている。
なお、エバポレータ４８は本発明における吸熱部の一例である。上述のように、第１循環路１２は、第１流路の一例である配管１４に対して、第２流路の一例である配管１６,２０,２２、及び、第３流路の一例である配管１８,２６,２８が並列に接続されている。
また、エバポレータ４８は、ＨＶＡＣ(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)ユニット８０内に配置されている。ＨＶＡＣユニット８０は、車室内の空気(内気)を吸入する第１吸気口と、車室外の空気(外気)を吸入する第２吸気口と、が設けられており、第１吸気口及び第２吸気口の何れかを閉塞する位置の間を移動可能な内外気切替ドア８２が設けられている。ＨＶＡＣユニット８０は、内外気切替ドア８２と反対側の排気側に、車室内に開口する複数の吹き出し口８４が設けられている。ＨＶＡＣユニット８０内のうち、内外気切替ドア８２とエバポレータ４８との間には送風機８６が設けられ、送風機８６は、第１吸気口又は第２吸気口から空気を吸入し、吹き出し口８４を介して吹き出させる空気流を生成する。
エバポレータ４８と複数の吹き出し口８４との間には、空気温度センサ８８、ヒータコア７８及びエアミックスドア９０が順に設けられている。空気温度センサ８８はエバポレータ４８を通過した空気の温度Ｔeを検出する。ヒータコア７８は第２循環路５６に接続され、内部を冷却水が通過することで放熱する。本実施形態において、ヒータコア７８は本発明における放熱部の一例である。エアミックスドア９０は、ヒータコア７８で加熱された空気を吹き出し口８４へ案内する暖房位置と、ヒータコア７８で加熱された空気を遮断する非暖房位置と、の間を移動可能とされている。
次に第２循環路５６を説明する。第２循環路５６は、一端が接続点５６Ａに位置し、他端が接続点５６Ｂに位置する配管５８を含んでいる。配管５８の途中には、接続点５６Ｂ側から順に、第２循環部の一例であるウォータポンプ(以下、「ＷＰ」という)６８、車両の発熱体７０及び水温センサ７２が設けられている。発熱体７０の一例は車両のエンジンであるが、これに限定されるものではなく、発熱体は、例えばモータ、電池、インバータ、トランスミッション、燃料電池車における燃料電池スタックの何れであってもよい。ＷＰ６８は、エンジンを駆動源として動作する機械式のＷＰでもよいし、モータを駆動源として動作する電動ＷＰでもよい。本実施形態ではＷＰ６８として電気式のＷＰを適用した態様を説明する。配管５８内を流通する冷却水は、発熱体７０から受熱することで発熱体を冷却する。なお、配管５８は第４流路の一例である。
接続点５６Ａには配管６０,６４の一端が各々位置しており、配管５８の一端は、接続点５６Ａにおいて、配管６０,６４の一端と各々接続されている。また、接続点５６Ｂには配管６２,６６の一端が各々位置しており、配管５８の他端は、接続点５６Ｂにおいて、配管６２,６６の一端と各々接続されている。配管６０の他端は、ラジエタ７４の冷却水流入側に接続されており、ラジエタ７４の冷却水流出側には配管６２の他端が接続されている。配管６２の途中には流量調整弁７６が設けられている。また、ラジエタ７４を挟んで室外熱交換器３８の反対側には、室外熱交換器３８側からラジエタ７４側へ流れる空気流を発生させる電動ファン７７が設けられている。配管６０,６２は第５流路の一例であり、流量調整弁７６は第１流量調整部及び流量調整弁の一例である。
また、配管６４の他端はヒータコア７８の冷却水流入側に接続されており、配管６４の途中には第１熱交換器３２が設けられている。接続点５６Ａから配管６４内に流入した冷却水は、第１熱交換器３２の二次側を経由してヒータコア７８に流入する。また、ヒータコア７８の冷却水流出側には配管６６の他端が接続されている。配管６４,６６は第６流路の一例である。
図２には、車両に搭載された車載システムのうち、車両用熱管理システムに関係する部分を示す。車載システムはバス１００を備えており、バス１００には、複数の電子制御ユニットと各種のデバイスが各々接続されている。個々の電子制御ユニットは、ＣＰＵ、メモリ及び不揮発性の記憶部を含む制御ユニットであり、以下、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)と称する。図２には、複数のＥＣＵのうち、空調装置の一部を成す空調制御ＥＣＵ１０２と、冷却水管理装置の一部を成す冷却水制御ＥＣＵ１２０を示している。また図２には、各種のデバイスのうち、乗員が空調の状態を確認し空調装置に対して指示を入力するための空調操作／表示部１３６を示している。
空調操作／表示部１３６は、空調装置の作動をオンオフさせるためのスイッチ、車室内の目標温度を設定するためのテンキー、除湿等を指示するためのボタン(例えば「Ａ／Ｃ」と表記されたボタン)を含んでいる。また空調操作／表示部１３６は、外気導入モード又は内気循環モードに切替えるためのスイッチも含んでいる。
空調制御ＥＣＵ１０２は、ＣＰＵ１０４、メモリ１０６、空調制御プログラム１１０を記憶する不揮発性の記憶部１０８を備えている。空調制御ＥＣＵ１０２は、空調制御プログラム１１０が記憶部１０８から読み出されてメモリ１０６に展開され、メモリ１０６に展開された空調制御プログラム１１０がＣＰＵ１０４によって実行されることで、後述する除湿暖房運転処理を含む空調制御処理を行う。
空調制御ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ駆動部１１２、送風機駆動部１１４、ドア駆動部１１６、バルブ駆動部１１８、空気温度センサ８８、車室温度センサ９２及び外気温度センサ５２が接続されている。コンプレッサ駆動部１１２は空調制御ＥＣＵ１０２からの指示によりコンプレッサ３０を駆動する。送風機駆動部１１４は空調制御ＥＣＵ１０２からの指示により送風機８６を駆動する。ドア駆動部１１６は、空調制御ＥＣＵ１０２からの指示により、内外気切替ドア８２の位置及びエアミックスドア９０の位置を切替える。
バルブ駆動部１１８は、空調制御ＥＣＵ１０２からの指示により、第１膨張弁３４、第２膨張弁４６、第１電磁弁３６、第２電磁弁４０、第３電磁弁４２及び第４電磁弁４４を開閉させる。空気温度センサ８８はエバポレータ４８を通過した空気の温度Ｔeを検出し、検出結果を空調制御ＥＣＵ１０２へ出力する。車室温度センサ９２は車室内の温度Ｔroomを検出し、検出結果を空調制御ＥＣＵ１０２へ出力する。外気温度センサ５２は外気温Ｔambを検出し、検出結果を空調制御ＥＣＵ１０２へ出力する。
冷却水制御ＥＣＵ１２０はＣＰＵ１２２、メモリ１２４、冷却水制御プログラム１２８を記憶する不揮発性の記憶部１２６を備えている。冷却水制御ＥＣＵ１２０は、冷却水制御プログラム１２８が記憶部１２６から読み出されてメモリ１２４に展開され、メモリ１２４に展開された冷却水制御プログラム１２８がＣＰＵ１２２によって実行されることで、冷却水制御処理を行う。
冷却水制御ＥＣＵ１２０は、冷却水制御処理を行うことで、空調制御処理を行う空調制御ＥＣＵ１０２と共に、本発明における第１制御部の一例として機能する。また、空調制御ＥＣＵ１０２は本発明における第２制御部の一例としても機能する。そして、コンプレッサ３０、ＷＰ６８及び流量調整弁７６と共に、本発明に係る車両用熱管理装置として機能する。また、第１実施形態において、空調制御ＥＣＵ１０２、冷却水制御ＥＣＵ１２０、バルブ駆動部１３４及び流量調整弁７６は本発明における流量変更部の一例である。
冷却水制御ＥＣＵ１２０は、ＷＰ駆動部１３０、電動ファン駆動部１３２、バルブ駆動部１３４及び水温センサ７２が接続されている。ＷＰ駆動部１３０は冷却水制御ＥＣＵ１２０からの指示によりＷＰ６８を駆動し、電動ファン駆動部１３２は冷却水制御ＥＣＵ１２０からの指示により電動ファン７７を駆動する。バルブ駆動部１３４は、冷却水制御ＥＣＵ１２０からの指示により流量調整弁７６の開度を変更する。水温センサ７２は配管５８内(第１流路内)の冷却水の水温Ｔwを検出し、検出結果を冷却水制御ＥＣＵ１２０へ出力する。
次に第１実施形態の作用として、まず冷却水管理装置の動作を説明する。
（発熱体暖機時の冷却水管理装置の動作）
例えば、発熱体７０が車両のエンジンである場合、発熱体７０が始動され、水温センサ７２によって検出される冷却水温が所定温度未満の場合は、発熱体７０の暖機が行われる。この場合、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、バルブ駆動部１３４を介して流量調整弁７６を閉止し、ＷＰ駆動部１３０を介してＷＰ６８を駆動させる。
駆動されたＷＰ６８は、配管５８内の上流側の冷却水を吸入して配管５８内の下流側へ送出する。流量調整弁７６を閉止している場合、ＷＰ６８によって送出された冷却水は、接続点５６Ａ、配管６４、接続点５６Ｂ、配管５８、接続点５６Ａの順に流れる。このように、発熱体７０の暖機時には流量調整弁７６が閉止され、ラジエタ７４には冷却水が流れないので、発熱体７０からの廃熱により冷却水温は短時間で所定温度以上に上昇し、発熱体７０の暖機が短時間で完了する。
なお、発熱体７０の暖機時は、空調制御ＥＣＵ１０２がコンプレッサ３０を駆動させ、第１循環路１２に第１熱交換媒体を循環させるようにしてもよい。これにより、第１熱交換器３２の一次側から二次側への熱の移動が発生することで、発熱体７０の暖機時間が更に短縮される。
（エンジン暖機後の冷却水管理装置の動作）
発熱体７０の運転が継続され、水温センサ７２によって検出される冷却水温が所定温度以上になると、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、通常制御に移行する。すなわち、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、バルブ駆動部１３４を介し、流量調整弁７６を目標水温に対する冷却水温の偏差に応じた開度に制御し、ＷＰ駆動部１３０を介してＷＰ６８を駆動させる。これにより、ラジエタ７４に冷却水が流れ、発熱体７０の廃熱によって水温が上昇した冷却水がラジエタ７４で冷却される。また、冷却水温が閾値温度を超えた場合、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、冷却ファン７７を回転させることで、ラジエタ７４を通過する空気流の風量を増加させ、ラジエタ７４からの放熱量を増大させる。
次に空調装置の動作を説明する。
（空調装置の暖房運転）
車両の乗員から空調操作／表示部１３６を介して車室内の暖房が指示された場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４を第１熱交換媒体の圧力が低下される所定開度にする。また、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１電磁弁３６及び第３電磁弁４２を開放させ、第２電磁弁４０及び第４電磁弁４４を閉止させる。また、空調制御ＥＣＵ１０２は、ドア駆動部１１６を介し、内外気切替ドア８２を、空調操作／表示部１３６を介して指示された空調モードに応じた位置に切替え、エアミックスドア９０を暖房位置に切替え、送風機駆動部１１４によって送風機８６を駆動させる。空調制御ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ駆動部１１２により、空調操作／表示部１３６を介して設定された車室内の目標温度Ｔrefに対する、車室温度センサ９２によって検出された車室内温度Ｔroomの偏差ΔＴ1に応じた回転数でコンプレッサ３０を駆動させる。
これにより、第１熱交換媒体は、第１循環路１２内を、図３に矢印Ａで示す経路に沿って循環する。すなわち、コンプレッサ３０は第１熱交換媒体を吸入して圧縮し、圧縮された高圧の第１熱交換媒体は、第１熱交換器３２を通過する際に放熱(第１熱交換器３２内の二次側の冷却水を加熱)しながら液化する(図３の<放熱>も参照)。また、第１熱交換器３２を通過した第１熱交換媒体は、第２電磁弁４０が閉止されているので、接続点１２Ｂから配管１６内に流入し、第１膨張弁３４によって圧力が低下され、低圧の状態で室外熱交換器３８に供給される。
室外熱交換器３８に供給された第１熱交換媒体は、室外熱交換器３８を通過する際に蒸発して室外熱交換器３８の周囲の空気から吸熱する(図３の<吸熱>も参照)。室外熱交換器３８を通過して配管２０内に流入した第１熱交換媒体は、第４電磁弁４４が閉止されているので接続点１２Ｃから配管２２内に流入し、配管２２,１４を経由して再びコンプレッサ３０に吸入される。
また、暖房動作では、空調制御ＥＣＵ１０２から冷却水制御ＥＣＵ１２０へ流量調整弁７６の閉止が指示され、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、バルブ駆動部１３４を介して流量調整弁７６を閉止させる。これにより、冷却水は、第２循環路５６内を図３に矢印Ｂで示す経路に沿って循環する。
すなわち、ＷＰ６８から吐出された冷却水は、接続点５６Ａから配管６４内へ流入し、第１熱交換器３２の二次側を通過する際に加熱される。第１熱交換器３２を通過した冷却水は、ヒータコア７８を通過する際に、ＨＶＡＣユニット８０内のヒータコア７８の周囲の空気を加熱する。このとき、エアミックスドア９０は暖房位置に位置しており、送風機８６は駆動されているので、加熱された空気が吹き出し口８４を介して車室内に供給されることで車室内の暖房が行われる。
なお、車室内の目標温度Ｔrefに対する車室内の温度Ｔroomの偏差ΔＴ1が変化することで暖房要求量が変化した場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、変化した暖房要求量に応じてコンプレッサ３０の回転数を変化させ、第１熱交換器３２における熱移動量を変化させる。一方、空調制御ＥＣＵ１０２は、暖房要求量が変化しても冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して流量調整弁７６の開放は指示しない。従って、暖房動作ではラジエタ７４内における冷却水の流量は０のまま維持される。
（空調装置の冷房運転）
車両の乗員から空調操作／表示部１３６を介して車室内の冷房が指示された場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４を全開にさせ、第１電磁弁３６及び第４電磁弁４４を開放、第２電磁弁４０及び第３電磁弁４２を閉止させる。
また、空調制御ＥＣＵ１０２は、ドア駆動部１１６を介し、内外気切替ドア８２を、空調操作／表示部１３６を介して指示された空調モードに応じた位置に切替え、エアミックスドア９０を非暖房位置に切替え、送風機駆動部１１４によって送風機８６を駆動させる。空調制御ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ駆動部１１２により、空調操作／表示部１３６を介して設定された車室内の目標温度Ｔrefに対する、車室温度センサ９２によって検出された車室内の温度Ｔroomの偏差ΔＴ1に応じた回転数でコンプレッサ３０を駆動させる。
これにより、第１熱交換媒体は、第１循環路１２内を、図４に矢印Ｃで示す経路に沿って循環する。すなわち、コンプレッサ３０は第１熱交換媒体を吸入して圧縮し、圧縮された高圧の熱交換媒体は、第１熱交換器３２を通過する際に放熱(第１熱交換器３２内の二次側の冷却水を加熱)する(図４の<放熱>も参照)。また、第１熱交換器３２を通過した第１熱交換媒体は、第２電磁弁４０が閉止されているので、接続点１２Ｂから配管１６内に流入し、全開とされた第１膨張弁３４を通過し、高圧のまま室外熱交換器３８に供給される。
室外熱交換器３８に供給された第１熱交換媒体は、室外熱交換器３８を通過する際に放熱しながら液化する(図４の<放熱>も参照)。また、第１熱交換器３２を通過した第１熱交換媒体は、第３電磁弁４２が閉止されているので、接続点１２Ｃから配管２４内に流入し、第２電磁弁４０が閉止されているので、接続点１２Ｄから配管２６内に流入する。そして、配管２６内に流入した第１熱交換媒体は、第２膨張弁４６によって圧力が低下されて低圧になり、エバポレータ４８を通過する際に蒸発してエバポレータ４８の周囲の空気を冷却する(図４の<吸熱>も参照)。
このとき、エアミックスドア９０は非暖房位置に位置しており、送風機８６は駆動されているので、冷却された空気は、ヒータコア７８で加熱されることなく、吹き出し口８４を介して車室内に供給されることで車室内の冷房が行われる。また、エバポレータ４８を通過した第１熱交換媒体は再びコンプレッサ３０に吸入される。
なお、車室内の目標温度Ｔrefに対する車室内の温度Ｔroomの偏差ΔＴ1が変化することで冷房要求量が変化した場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、変化した冷房要求量に応じてコンプレッサ３０の回転数を変化させ、エバポレータ４８による冷却量を変化させる。
（空調装置の除湿暖房運転）
車両の乗員から空調操作／表示部１３６を介して車室内の除湿暖房が指示された場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、図５に示す除湿暖房運転処理を行う。
すなわち、除湿暖房運転処理のステップ２００において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４を第１熱交換媒体の圧力が低下される所定開度にする。また、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１電磁弁３６、第２電磁弁４０及び第３電磁弁４２を開放させ、第４電磁弁４４を閉止させる。ステップ２０２において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ドア駆動部１１６を介し、内外気切替ドア８２を、空調操作／表示部１３６を介して指示された空調モードに応じた位置に切替える。また、ステップ２０４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ドア駆動部１１６を介し、エアミックスドア９０を暖房位置に切替える。
次のステップ２０６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して流量調整弁７６の閉止を指示する。これにより、冷却水制御ＥＣＵ１２０は、バルブ駆動部１３４を介して流量調整弁７６を閉止させ、冷却水は、第２循環路５６内を図６に矢印Ｂで示す経路に沿って循環する。なお、除湿暖房運転の前期(暖房要求量が低下する前の期間)における流量調整弁７６の閉止は必須ではなく、ステップ２０６は省略してもよいが、流量調整弁７６を閉止した方がヒータコア７８での放熱量が増加し、暖房性能が向上する。次のステップ２０８において、空調制御ＥＣＵ１０２は、送風機駆動部１１４によって送風機８６を駆動させる。
ステップ２０９において、空調制御ＥＣＵ１０２は、水温センサ７２によって検出された水温Ｔwを水温センサ７２から取得する。ステップ２１０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、目標水温である暖房要求水温Ｔw_tgtから水温Ｔwを減算した偏差ΔＴ1を暖房要求量とし、この暖房要求量(偏差ΔＴ1＝Ｔw_tgt－Ｔw)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhを演算する。
また、ステップ２１２において、空気温度センサ８８によって検出された空気温度Ｔeを空気温度センサ８８から取得する。ステップ２１３において、空調制御ＥＣＵ１０２は、空気温度Ｔeから所定温度Ｔ1(例えば0℃)を減算した偏差ΔＴ2を除湿要求量とし、この除湿要求量(偏差ΔＴ2＝Ｔe－Ｔ1)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjを演算する。
次のステップ２１４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２１０で演算した、暖房要求量に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhと、ステップ２１３で演算した、除湿要求量に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjと、のうちの高い方を選択する。そして、空調制御ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ駆動部１１２により、回転数Ｎh,Ｎjのうちの高い方の回転数でコンプレッサ３０を駆動させる。
ステップ２１５において、空調制御ＥＣＵ１０２は、空調操作／表示部１３６を介して車両の乗員から車室内の除湿暖房運転の終了が指示されたか否か判定する。ステップ２１５の判定が肯定された場合は除湿暖房運転処理を終了する。一方、ステップ２１５の判定が否定された場合はステップ２１６へ移行し、ステップ２１６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、暖房要求量(偏差ΔＴ1＝Ｔw_tgt－Ｔw)が所定値未満に低下したか否か判定する。
空調モードが外気導入モードの場合、除湿要求量は通常は一定であり、空調モードが内気循環モードの場合、車室内の温度Ｔroomが上昇すると除湿要求量が増加する傾向がある。このため、ステップ２１６の判定は、本発明における「第１状態から、吸熱要求量に対して放熱要求量が相対的に低下した」か否かの判定の一例である。上記判定は、暖房要求量(偏差ΔＴ1)の低下を判定することに代えて、暖房要求量(偏差ΔＴ1)の変化率等を除湿要求量(偏差ΔＴ2)の変化率等と比較して判定することで実現してもよい。
ステップ２１６の判定が否定された場合はステップ２０９に戻り、ステップ２１５又はステップ２１６の判定が肯定される迄、ステップ２０９～ステップ２１６を繰り返す。これにより、除湿暖房運転の初期(暖房要求量が低下する前の時期)において、第１熱交換媒体は、第１循環路１２内を、図６に矢印Ｄで示す経路に沿って循環する。すなわち、コンプレッサ３０は第１熱交換媒体を吸入して圧縮し、圧縮された高圧の第１熱交換媒体は、第１熱交換器３２を通過する際に放熱(第１熱交換器３２内の二次側の冷却水を加熱)しながら液化する(図６の<放熱>も参照)。また、第１熱交換器３２を通過した第１熱交換媒体は、接続点１２Ｂから配管１６、１８に分岐して流入する。
配管１６内に流入した第１熱交換媒体は、第１膨張弁３４によって圧力が低下され、低圧の状態で室外熱交換器３８に供給される。室外熱交換器３８に供給された第１熱交換媒体は、室外熱交換器３８を通過する際に蒸発して室外熱交換器３８の周囲の空気から吸熱する(図６の<吸熱>も参照)。室外熱交換器３８を通過して配管２０内に流入した第１熱交換媒体は、第４電磁弁４４が閉止されているので接続点１２Ｃから配管２２内に流入し、配管２２,１４を経由して再びコンプレッサ３０に吸入される。
また、配管１８内に流入した第１熱交換媒体は、接続点１２Ｄから配管２６内に流入し、第２膨張弁４６によって圧力が低下されて低圧になる。そして、エバポレータ４８を通過する際に蒸発してエバポレータ４８の周囲の空気を冷却する(図６の<吸熱>も参照)ことで、エバポレータ４８の周囲の空気を除湿する。エバポレータ４８を通過した第１熱交換媒体は、接続点１２Ａで配管２２を通過した第１熱交換媒体と合流し、再びコンプレッサ３０に吸入される。
除湿暖房運転では、エアミックスドア９０は暖房位置に位置しており、送風機８６は駆動されているので、エバポレータ４８で冷却されて除湿された空気は、ヒータコア７８で加熱され、吹き出し口８４を介して車室内に供給される。これにより、図６に示す運転状態により、除湿暖房運転の前期(暖房要求量が低下する前の期間)における除湿暖房運転が行われる。
ところで、特に、除湿暖房を内気循環モードで行っていた場合、車室内温度Ｔroomが上昇して飽和水蒸気量が増大すると、乗員の呼気に含まれる水蒸気、乗員の汗や窓の結露の蒸発等により、車室内の空気に含まれる水分量は増加する。このため、除湿暖房を内気循環モードで開始してから時間が経過して車室内温度Ｔroomが上昇すると、暖房要求量が低下する一方で除湿要求量が増加し易い。
暖房要求量(偏差ΔＴ1)が除湿要求量(偏差ΔＴ2)に対して相対的に小さくなると、ステップ２１６の判定が肯定されてステップ２２２へ移行する。ここで、除湿要求量は低下していないので、暖房要求量の低下に応じてコンプレッサ３０の回転数を低下させることはできない。このため、ステップ２２２において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１膨張弁３４が最小開度か否か判定する。ステップ２２２の判定が否定された場合はステップ２２４へ移行し、ステップ２２４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４の開度を閉方向に所定量変更させ、ステップ２０９に戻る。
これにより、室外熱交換器３８を通過する第１熱交換媒体の流量が減少することで、室外熱交換器３８での吸熱量が減少する。第１循環路１２において、第１熱交換器３２で第１熱交換媒体から冷却水へ移動する熱量は、室外熱交換器３８での吸熱量、エバポレータ４８での吸熱量及びコンプレッサ３０の仕事量の総和である。
例えば図８に示すように、第１熱交換器３２での第１熱交換媒体の流量をＧr[kg/s]、第１熱交換器３２での熱移動(放熱)のエンタルピをｉ[kJ/kg]とする。また、室外熱交換器３８での第１熱交換媒体の流量をＧro[kg/s]、室外熱交換器３８での吸熱のエンタルピをｉo[kJ/kg]とする。また、エバポレータ４８での第１熱交換媒体の流量をＧre[kg/s]、エバポレータ４８での吸熱のエンタルピをｉe[kJ/kg]、コンプレッサ３０による第１熱交換媒体の圧縮のエンタルピをｉc[kJ/kg]とすると、次の(１)式が成り立つ。なお、コンプレッサ３０での第１熱交換媒体の流量＝第１熱交換器３２での第１熱交換媒体の流量Ｇrである。
Ｇr・ｉ＝Ｇro・ｉo＋Ｇre・ｉe＋Ｇr・ｉc …(１)
従って、室外熱交換器３８での第１熱交換媒体の流量Ｇroを減少させることで、(１)式の左辺、すなわち第１熱交換器３２で第１熱交換媒体から冷却水へ移動する熱量が減少し、ヒータコア７８での放熱量を減少させることができる。
また、ステップ２２４における第１膨張弁３４の開度の変更は、ステップ２２２の判定が否定される都度行われ、室外熱交換器３８での第１熱交換媒体の流量Ｇroは徐々に減少される。しかし、第１膨張弁３４が最小開度になっても暖房要求量が低下し続けている場合には、ステップ２２２の判定が肯定されてステップ２２６へ移行する。
ステップ２２６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１電磁弁３６を閉止させたか否か判定する。ステップ２２６の判定が否定された場合はステップ２２８へ移行し、ステップ２２８において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介して第１電磁弁３６を閉止させる。これにより、室外熱交換器３８での第１熱交換媒体の流量Ｇro＝０になり、(１)式の右辺第１項、すなわち室外熱交換器３８での吸熱量が０になる。ステップ２２８の処理を行うとステップ２０９に戻る。
これにより、除湿暖房運転で暖房要求量が低下した以降の後期において、第１熱交換媒体は、第１循環路１２内を、図７に矢印Ｅで示す経路に沿って循環する。すなわち、コンプレッサ３０は第１熱交換媒体を吸入して圧縮し、圧縮された高圧の第１熱交換媒体は、第１熱交換器３２を通過する際に放熱(第１熱交換器３２内の二次側の冷却水を加熱)しながら液化する(図７の<放熱>も参照)。また、第１熱交換器３２を通過した第１熱交換媒体は、第１電磁弁３６が閉止されているので、接続点１２Ｂから配管１８へ流入する。
配管１８内に流入した第１熱交換媒体は、接続点１２Ｄから配管２６内に流入し、第２膨張弁４６によって圧力が低下されて低圧になる。そして、エバポレータ４８を通過する際に蒸発してエバポレータ４８の周囲の空気を冷却する(図７の<吸熱>も参照)ことで、エバポレータ４８の周囲の空気を除湿する。エバポレータ４８を通過した第１熱交換媒体は、配管２８を経由して再びコンプレッサ３０に吸入される。
また、第１電磁弁３６を閉止させても暖房要求量が低下し続けている場合には、ステップ２２６の判定が肯定されてステップ２３０へ移行する。ステップ２３０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して流量調整弁７６の開度増加を指示し、ステップ２０９に戻る。
なお、ステップ２３０での冷却水制御ＥＣＵ１２０に対する指示は、流量調整弁７６の開度の変更量を指示してもよいし、流量調整弁７６の目標開度を指示してもよいし、開度の変更量は冷却水制御ＥＣＵ１２０が決定してもよい。また、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して流量調整弁７６の開度の変更量を指示する場合、開度の変更量は毎回一定の値であってもよいし、変更してもよい。また、ステップ２２６の判定が肯定される都度、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して指示を出力してもよいし、ステップ２２６の判定が肯定されている間、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して一定時間毎に指示を出力してもよい。
冷却水制御ＥＣＵ１２０は、空調制御ＥＣＵ１０２から指示されると、バルブ駆動部１３４を介して流量調整弁７６の開度を増加させる。これにより、冷却水は第２循環路５６内を図７に矢印Ｆで示す経路に沿って循環する。
すなわち、ＷＰ６８から吐出された冷却水は、接続点５６Ａで配管６０,６４内へ分岐して流入する。配管６０内に流入した冷却水はラジエタ７４を通過することで放熱し、配管６２内へ流入する。なお、ラジエタ７４を通過する冷却水の流量は、流量調整弁７６の開度が増加するに従って増加し、これに伴いラジエタ７４での放熱量も増加する。また、配管６４内に流入した冷却水は、第１熱交換器３２の二次側を通過する際に加熱され、ヒータコア７８を通過する際に、ＨＶＡＣユニット８０内のヒータコア７８の周囲の空気を加熱した後、配管６６内に流入する。そして、配管６２,６６内に流入した冷却水は接続点５６Ｂで合流し、配管５８内に流入してＷＰ６８に吸入される。
このように、除湿暖房運転の後期には、第１熱交換器３２で第１熱交換媒体から冷却水へ移動した熱の一部がラジエタ７４で放熱される。これにより、ヒータコア７８での放熱量が、低下した暖房要求量に応じて減少されると共に、第２循環路５６内の冷却水の温度が過度に上昇することも抑制され、適温(例えば50～80℃の範囲内の温度)に維持されると共に、第１循環部の仕事量を抑制することができ、エネルギーの利用効率が向上する。
先に説明した比較例に係る車両用熱管理システム３００は、除湿暖房運転時に除湿要求量に対して暖房要求量が低下した場合にも、熱交換媒体循環路３０２という閉回路内で熱の吸収と放出をバランスさせることで冷凍サイクルを成立させることができる。しかし、比較例は、閉回路内で冷凍サイクルを成立させるために、室外熱交換器３３０の前後に配置された第１膨張弁３２６及び第２膨張弁３３８として電気式の膨張弁が必要となり、占有スペースの大きいアキュムレータタンク３２０も必要となる。
一方、第１実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ａは、除湿暖房運転時に、室外熱交換器３８とエバポレータ４８とを並列に接続しており、エバポレータ４８を通過する第１熱交換媒体の流量が第２膨張弁４６によって制御される。このため、第２膨張弁４６として機械式の膨張弁を用いることが可能になると共に、アキュムレータタンクが不要になることで、コスト及び設置に必要なスペースを削減することができる。
また、車両用熱管理システム１０Ａは、除湿暖房運転時に除湿要求量に対して暖房要求量が相対的に低下した場合に、第２循環路５６のラジエタ７４を通過する冷却水の流量が増加するように、流量調整弁７６の開度を増加させる。これにより、第１循環路１２内で余剰になった熱が第１熱交換器３２によって第２循環路５６側へ移動され、ラジエタ７４で放熱されるので、第１循環路１２内の第１熱交換媒体が過熱状態になることを防止できる。
また、車両用熱管理システム１０Ａは、除湿暖房運転時に除湿要求量に対して暖房要求量が相対的に低下した場合に、ラジエタ７４を通過する冷却水の流量を増加させる前に、室外熱交換器３８における第１熱交換媒体の流量を減少させる。これにより、室外熱交換器３８での吸熱量が減少することで、コンプレッサ３０の仕事量が減少すると共に、第１熱交換器３２での熱移動量(放熱量)が減少することで、エネルギーの利用効率を向上させることができる。
従って、車両用熱管理システム１０Ａは、除湿暖房運転時に除湿要求量に対して暖房要求量が相対的に低下した場合に、要求に応じた熱管理を実現することを、安価かつ省スペースの構成で実現することができる。
〔第２実施形態〕
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態と相違する部分のみ説明する。
図９に示すように、第２実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ｂは、第１循環路１２の配管１６の途中に、第１膨張弁３４及び第１電磁弁３６に代えて、全閉機能付き電気式膨張弁１５０が設けられている。また、第２循環路５６の配管５８の途中には、発熱体７０と水温センサ７２との間に相当する位置に電磁弁１５２が設けられている。また、配管５８の途中のうち、ＷＰ６８と発熱体７０との間に相当する位置には、バイパス配管１５４の一端が接続されている。バイパス配管１５４の他端は、配管５８の途中のうち、電磁弁１５２と水温センサ７２との間に相当する位置に接続されている。また、配管６２の途中には、流量調整弁７６に代えて、冷却水制御ＥＣＵ１２０が開弁温度を変更可能な電気式サーモスタット１５６が設けられている。
図１０に示すように、全閉機能付き電気式膨張弁１５０はバルブ駆動部１１８に接続されており、電磁弁１５２はバルブ駆動部１３４に接続されており、電気式サーモスタット１５６は冷却水制御ＥＣＵ１２０に接続されている。なお、第２実施形態において、空調制御ＥＣＵ１０２、冷却水制御ＥＣＵ１２０及び電気式サーモスタット１５６は本発明における流量変更部の一例である。
図１１に示すように、第２実施形態に係る除湿暖房運転処理は、第１実施形態に係る除湿暖房運転処理(図５)と比較して、ステップ２００に代えてステップ２０１を行い、ステップ２０６が省略され、ステップ２２２～２３０に代えてステップ２３２～２３６を行う。すなわち、ステップ２０１において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、全閉機能付き電気式膨張弁１５０を第１熱交換媒体の圧力が低下される所定開度にする。また、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１電磁弁３６、第２電磁弁４０及び第３電磁弁４２を開放させ、第４電磁弁４４を閉止させる。
また、除湿暖房運転中に暖房要求量が除湿要求量に対して相対的に低下することでステップ２１６の判定が肯定されると、ステップ２３２へ移行する。ステップ２３２において、空調制御ＥＣＵ１０２は、全閉機能付き電気式膨張弁１５０が全閉か否か判定する。ステップ２３２の判定が否定された場合はステップ２３４へ移行し、ステップ２３４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、全閉機能付き電気式膨張弁１５０の開度を閉方向に所定量変更させ、ステップ２０９に戻る。これにより、室外熱交換器３８での第１熱交換媒体の流量が減少し、第１熱交換器３２で第１熱交換媒体から冷却水へ移動する熱量が減少することで、ヒータコア７８での放熱量が減少する。
また、ステップ２３４における全閉機能付き電気式膨張弁１５０の開度の変更は、ステップ２３２の判定が否定される都度行われる。しかし、全閉機能付き電気式膨張弁１５０が全閉になっても暖房要求量が低下し続けている場合には、ステップ２３２の判定が肯定されてステップ２３６へ移行する。ステップ２３６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して電気式サーモスタット１５６の開弁温度の低下を指示し、ステップ２０９に戻る。
冷却水制御ＥＣＵ１２０は、空調制御ＥＣＵ１０２から指示されると、電気式サーモスタット１５６の開弁温度を低下させる。これにより、電気式サーモスタット１５６の開弁温度を変更しない場合と比較して、電気式サーモスタット１５６が早期に開弁され、第２循環路５６のラジエタ７４を冷却水が通過することで放熱される。
また、車両用熱管理システム１０Ｂの冷却水管理装置は、第２循環路５６に電磁弁１５２及びバイパス配管１５４が設けられているので、発熱体７０の暖機時は電磁弁１５２を閉止し、発熱体７０を通過する冷却水の流量を０にする。これにより、発熱体７０を冷却水が通過する場合と比較して、発熱体７０の暖機が短時間で完了する。
〔第３実施形態〕
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態と相違する部分のみ説明する。
図１２に示すように、第３実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ｃは、第２循環路５６の配管５８の途中に電磁弁１５２が設けられている。また、配管６４の途中のうち、接続点５６Ａと第１熱交換器３２との間に相当する位置には、バイパス配管１５８の一端が接続されている。バイパス配管１５８の他端は、配管６６の途中に設けられた三方弁１６０に接続されている。また、水温センサ７２は、配管６４の途中のうち、配管６４とバイパス配管１５８の接続点と、第１熱交換器３２と、の間に設けられている。
三方弁１６０は、配管６６のうち三方弁１６０よりもヒータコア７８側の配管を、配管６６のうち三方弁１６０よりもヒータコア７８側と反対側の配管、又は、バイパス配管１５８に選択的に接続する。バイパス配管１５８の途中には第２ＷＰ１６２が設けられている。また、配管６２の途中には、流量調整弁７６に代えて機械式サーモスタット１６４が設けられている。第３実施形態において、機械式サーモスタット１６４は、本発明における流量変更部の一例である。
図１３に示すように、第２ＷＰ１６２はＷＰ駆動部１３０に接続されており、電磁弁１５２及び三方弁１６０はバルブ駆動部１３４に各々接続されている。発熱体７０の暖機中は、配管６６のうち三方弁１６０よりもヒータコア７８側の配管をバイパス配管１５８に接続し、暖機が完了したら配管６６のうち三方弁１６０を挟んでヒータコア７８側と反対側の配管をバイパス配管１５８に接続するように、三方弁１６０を切替える。これにより、発熱体７０を冷却水が通過する場合と比較して、発熱体７０の暖機が短時間で完了する。
第３実施形態に係る除湿暖房運転処理は、第１実施形態で説明した除湿暖房運転処理(図５)と比較して、ステップ２０６,２３０が省略されている点でのみ相違しているので、図示を省略する。第３実施形態において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１電磁弁３６を閉止させても暖房要求量が低下し続けている場合に、特に処理を行わない。これにより、機械式サーモスタット１６４が閉弁している場合、第１循環路１２内を循環する第１熱交換媒体の温度及び第２循環路５６内を循環する冷却水の水温は各々上昇する。
しかし、冷却水の水温が機械式サーモスタット１６４の開弁温度に達すると、機械式サーモスタット１６４が開弁し、第２循環路５６のラジエタ７４を冷却水が通過することで放熱が行われる。これにより、第１循環路１２内を循環する第１熱交換媒体の温度及び第２循環路５６内を循環する冷却水の水温は低下する。第３実施形態では、流量変更部として機械式サーモスタット１６４を用いることで、車両用熱管理システム１０Ｃの構成の簡素化を実現できる。
なお、第３実施形態において、第１電磁弁３６を閉止させても暖房要求量が低下し続けている場合、空調制御ＥＣＵ１０２は、車室内に供給される空気の温度が低下するように、エアミックスドア９０の位置を変更させる処理を行ってもよい。
〔第４実施形態〕
次に本発明の第４実施形態について説明する。なお、第２実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、第２実施形態と相違する部分のみ説明する。
図１４に示すように、第４実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ｄは、配管２６の途中のうち、接続点１２Ｄと第２膨張弁４６との間に相当する位置に、第５電磁弁１７０が設けられている。また、第１循環路１２の接続点１２Ｄにおいて、配管１８,２４,２６の端部に加えて配管１７２の一端も接続されている。配管１７２の他端は第３熱交換器１７８の熱交換媒体流入側に接続されており、配管１７２の途中には、第６電磁弁１７４、第２膨張弁１７６が順に設けられている。
第３熱交換器１７８は、車両に搭載された電池(図示省略)に隣接して配置されており、電池の温度が所定値以上の場合に、電池から吸熱することで電池を冷却する。第３熱交換器１７８は、本発明における吸熱部の一例である。第３熱交換器１７８の熱交換媒体流出側には配管１８０の一端が接続されている。配管１８０の他端は、配管２８の途中に存在する接続点１２Ｅにおいて、配管２８と接続されている。
図１５に示すように、第５電磁弁１７０、第６電磁弁１７４及び第２膨張弁１７６はバルブ駆動部１１８に各々接続されている。また、バス１００には電池管理ＥＣＵ１８２が接続されている。電池管理ＥＣＵ１８２は、電池の温度を検出する温度センサが接続されており、温度センサによって検出された電池の温度が所定値以上の場合に、空調制御ＥＣＵ１０２に対して電池冷却要求を出力する。
第４実施形態に係る空調制御ＥＣＵ１０２は、空調操作／表示部１３６を介しての指示により車室内の暖房を行い、かつ、車室内の除湿及び電池の冷却の少なくとも一方を行う場合に、図１６に示す吸熱暖房運転処理を行う。以下では、車室内の暖房を行い、かつ、車室内の除湿及び電池の冷却の少なくとも一方を行う状態を吸熱暖房運転と称する。
吸熱暖房運転処理において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２０１の処理を行った後、ステップ２４０において、空調操作／表示部１３６を介して車室内の除湿が要求されているか否か判定する。ステップ２４２の判定が肯定された場合はステップ２４２へ移行し、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介して第５電磁弁１７０を開放させる。この場合、接続点１２Ｄから配管２６へ第１熱交換媒体が流入し、エバポレータ４８で吸熱(除湿)が行われる。また、ステップ２４２の判定が否定された場合はステップ２４４へ移行し、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介して第５電磁弁１７０を閉止させる。この場合は、エバポレータ４８での吸熱は行われない。
また、ステップ２４６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、電池管理ＥＣＵ１８２から電池の冷却が要求されているか否か判定する。ステップ２４６の判定が肯定された場合はステップ２４８へ移行し、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介して第６電磁弁１７４を開放させる。この場合、接続点１２Ｄから配管１７２へ第１熱交換媒体が流入し、第３熱交換器１７８で電池からの吸熱(電池の冷却)が行われる。また、ステップ２４６の判定が否定された場合はステップ２５０へ移行し、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介して第６電磁弁１７４を閉止させる。この場合は、第３熱交換器１７８で電池からの吸熱は行われない。なお、図１６の吸熱暖房運転処理では、ステップ２４０,２４６のうち少なくとも一方の判定が肯定される。
また、ステップ２０８の処理を行った後、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２５２において、第１実施形態で説明したステップ２０９,２１０と同様にして、暖房要求量(偏差ΔＴ1＝Ｔw_tgt－Ｔw)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhを演算する。また、次のステップ２５３において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１実施形態で説明したステップ２１２,２１３と同様にして除湿要求量(偏差ΔＴ2＝Ｔe－Ｔ1)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjを演算する。また、ステップ２５４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、電池の検出温度から電池の設定温度を減算した偏差ΔＴ3を電池冷却要求量とし、この電池冷却要求量(偏差ΔＴ3)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎcを演算する。
次のステップ２５５において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２５２で演算した回転数Ｎh、ステップ２５３で演算した回転数Ｎj及びステップ２５４で演算した回転数Ｎcのうちの最大値を選択する。そして、空調制御ＥＣＵ１０２は、コンプレッサ駆動部１１２により、回転数Ｎh,Ｎj,Ｎcの中の最大値に相当する回転数でコンプレッサ３０を駆動させる。これにより、吸熱暖房運転が開始される。
また、ステップ２５６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、吸熱暖房運転を終了するか否か判定する。車室内の暖房を終了するか、エバポレータ４８及び第３熱交換器１７８での吸熱を終了する場合は、ステップ２５６の判定が肯定された場合は吸熱暖房運転処理を終了する。また、ステップ２５６の判定が否定された場合はステップ２１６へ移行し、第２実施形態と同様にステップ２１６以降の処理を行う。
なお、本発明に係る車両用熱管理装置は、第１～第４実施形態に記載した構成に限定されるものではない。例えば、第３電磁弁４２及び第４電磁弁４４を、接続点１２Ｃに配置した１個の三方弁に置き換えてもよい。また、例えば第１～第３実施形態における第２電磁弁４０及び第２膨張弁４６、第４実施形態における第５電磁弁及び第２膨張弁４６、第６電磁弁１７４及び第２膨張弁１７６を、１個の全閉機能付きの電気式膨張弁に置き換えてもよい。このように、第１～第４実施形態に記載した構成に含まれる各種のバルブは、機能が同一であれば他のバルブに置き換え可能である。
また、上記では、除湿暖房運転又は吸熱暖房運転において、暖房要求量が低下した場合に、室外熱交換器３８における第１熱交換媒体の流量を減少させた後に、ラジエタ７４における第２熱交換媒体の流量を増加させる態様を説明した。しかし、本発明は、除湿暖房運転又は吸熱暖房運転において、暖房要求量が低下した場合に、ラジエタ７４における第２熱交換媒体の流量を増加させた後に、室外熱交換器３８における第１熱交換媒体の流量を減少させる態様も権利範囲に含まれる。
〔第５実施形態〕
次に本発明の第５実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態と相違する部分のみ説明する。
図１７に示すように、第５実施形態に係る車両用熱管理システム１０Ｅは、第１循環路１２の配管１４のうち、コンプレッサ３０と第１熱交換器３２との間に相当する部位に、第１熱交換媒体の温度ＴL1を検出する第１熱媒温度センサ１８４と、第１熱交換媒体の圧力ＰL1を検出する第１熱媒圧力センサ１８５と、が各々設けられている。また、第１循環路１２の配管２０のうち室外熱交換器３８の出口側に相当する部位には、第１熱交換媒体の温度ＴL2を検出する第２熱媒温度センサ１８６と、第１熱交換媒体の圧力ＰL2を検出する第２熱媒圧力センサ１８７と、が各々設けられている。更に、第１循環路１２の配管２８のうちエバポレータ４８の出口側に相当する部位には、第１熱交換媒体の温度ＴL3を検出する第３熱媒温度センサ１８８と、第１熱交換媒体の圧力ＰL3を検出する第３熱媒圧力センサ１８９と、が各々設けられている。
図１８に示すように、第１熱媒温度センサ１８４、第１熱媒圧力センサ１８５、第２熱媒温度センサ１８６、第２熱媒圧力センサ１８７、第３熱媒温度センサ１８８及び第３熱媒圧力センサ１８９は、空調制御ＥＣＵ１０２に各々接続されている。それぞれの温度センサ１８４,１８６,１８８によって検出された温度ＴL1～ＴL3、それぞれの圧力センサ１８５,１８７,１８９によって検出された圧力ＰL1～ＰL3は空調制御ＥＣＵ１０２へ出力される。
次に図１９を参照し、第５実施形態に係る除湿暖房運転処理を説明する。第５実施形態では、ステップ２０９,２１０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１実施形態で説明したように、暖房要求量(偏差ΔＴ1＝Ｔw_tgt－Ｔw)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhを演算する。また、ステップ２１２,２１３において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１実施形態で説明したように、除湿要求量(偏差ΔＴ2＝Ｔe－Ｔ1)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjを演算する。そしてステップ２１４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、暖房要求量に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhと、除湿要求量に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjと、のうちの高い方を選択し、回転数Ｎh,Ｎjから選択した高い方の回転数でコンプレッサ３０を駆動させる。
ステップ２５４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の温度ＴL2を第２熱媒温度センサ１８６から取得すると共に、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の圧力ＰL2を第２熱媒圧力センサ１８７から取得する。そして、空調制御ＥＣＵ１０２は、取得した第１熱交換媒体の温度ＴL2及び圧力ＰL2に基づいて、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度を演算する。
次のステップ２５６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２５４で演算した室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値(例えば１℃～15℃の範囲内の値)になるように、バルブ駆動部１１８を介して第１膨張弁３４の開度を調整する。具体的には、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも大きい場合は第１膨張弁３４の開度を開方向に変更させ、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも小さい場合は第１膨張弁３４の開度を閉方向に変更させる。
ステップ２５８において、空調制御ＥＣＵ１０２は、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の温度ＴL3を第３熱媒温度センサ１８８から取得すると共に、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の圧力ＰL3を第３熱媒圧力センサ１８９から取得する。そして、空調制御ＥＣＵ１０２は、取得した第１熱交換媒体の温度ＴL3及び圧力ＰL3に基づいて、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度を演算する。
次のステップ２６０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、ステップ２５８で演算したエバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値(例えば１℃～15℃の範囲内の値)になるように、バルブ駆動部１１８を介して第２膨張弁４６の開度を調整する。具体的には、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも大きい場合は第２膨張弁４６の開度を開方向に変更させ、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも小さい場合は第２膨張弁４６の開度を閉方向に変更させる。
第５実施形態では、第１実施形態などと同様に、暖房要求量に応じた回転数Ｎhと除湿要求量に応じた回転数Ｎjのうちの高い方の回転数でコンプレッサ３０を駆動させており、コンプレッサ３０の回転数の制御には、室外熱交換器３８の出口側やエバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度は考慮されていない。コンプレッサ３０の回転数が変化すると、第１熱交換媒体の圧力が変化し、室外熱交換器３８やエバポレータ４８における第１熱交換媒体の蒸発温度が変化することで、室外熱交換器３８の出口側やエバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が変化する。
これに対して第５実施形態では、室外熱交換器３８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値になるように第１膨張弁３４の開度を調整し、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値になるように第２膨張弁４６の開度を調整している。これにより、室外熱交換器３８の出口側やエバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が過多或いは過少となることを抑制することができ、室外熱交換器３８及びエバポレータ４８の性能を適正に発揮させることができる。
なお、第５実施形態では、空調制御ＥＣＵ１０２が第２膨張弁４６の開度を調整する態様を説明したが、これに限定されるものではなく、図２０に示すように、第２膨張弁として機械式の膨張弁１９０を用いることも可能である。膨張弁１９０は、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の温度を感知してダイヤフラム１９０Ａで区画された第１気室内の圧力を変化させる感温部１９０Ｂと、ダイヤフラム１９０Ａで区画された第２気室に配管２８内の圧力を導入する圧力導入部１９０Ｃと、を含んでいる。
膨張弁１９０は、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の温度が上昇すると、ダイヤフラム１９０Ａの第１気室内の圧力が上昇して弁開度が開方向に変化し、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の温度が低下すると、ダイヤフラム１９０Ａの第１気室内の圧力が低下して弁開度が閉方向に変化する。これにより、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値になるように膨張弁１９０の開度が自動的に調整されるので、図１９のステップ２５８,２６０の処理は不要になる。この態様において、膨張弁１９０のダイヤフラム１９０Ａ、感温部１９０Ｂ及び圧力導入部１９０Ｃは、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて第２膨張弁を制御する第３制御部の一例として機能する。
〔第６実施形態〕
次に本発明の第６実施形態を説明する。なお、第６実施形態は第５実施形態と同一の構成であるので、各部分に同一の符号を付して構成の説明を省略する。
第６実施形態に係る空調制御ＥＣＵ１０２は、車両の乗員から車室内の除湿暖房が指示された場合に、冷却水の水温Ｔwが所定値未満であれば第５実施形態で説明した除湿暖房運転処理(図１９)を行い、水温Ｔwが所定値以上であれば図２１に示す除湿運転処理を行う。図２１に示す除湿運転処理では、ヒータコア７８での空気加熱(暖房)が主に冷却水の熱によって行われ、空調装置は主にエバポレータ４８での空気冷却(除湿)を行う。以下、図２１に示す除湿運転処理について、図１９と異なる部分を説明する。
図２１に示す除湿運転処理では、ステップ２０８で送風機８６を駆動させた後、ステップ２６４へ移行する。ステップ２６４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、水温センサ７２によって検出された水温Ｔwを取得すると共に、第１熱媒温度センサ１８４によって検出された、第１熱交換器３２の入口側(コンプレッサ３０の出口側)における第１熱交換媒体の温度ＴL1を取得する。続く、ステップ２１２,２１３において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第１実施形態及び第５実施形態で説明したように、除湿要求量(偏差ΔＴ2＝Ｔe－Ｔ1)に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎhを演算する。そしてステップ２１７において、空調制御ＥＣＵ１０２は、除湿要求量に応じたコンプレッサ３０の回転数Ｎjでコンプレッサ３０を駆動させる。
ステップ２５８において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第５実施形態と同様に、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の温度ＴL3を第３熱媒温度センサ１８８から取得すると共に、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の圧力ＰL3を第３熱媒圧力センサ１８９から取得する。そして、空調制御ＥＣＵ１０２は、取得した第１熱交換媒体の温度ＴL3及び圧力ＰL3に基づいて、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度を演算する。
ステップ２６０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、第５実施形態と同様に、ステップ２５８で演算したエバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値(例えば１℃～15℃の範囲内の値)になるように、バルブ駆動部１１８を介して第２膨張弁４６の開度を調整する。具体的には、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも大きい場合は第２膨張弁４６の開度を開方向に変更させ、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値よりも小さい場合は第２膨張弁４６の開度を閉方向に変更させる。
次のステップ２１５において、空調制御ＥＣＵ１０２は、車両の乗員から車室内の除湿暖房の終了が指示されたか否か判定する。ステップ２１５の判定が肯定された場合は除湿運転処理を終了する。
一方、ステップ２１５の判定が否定された場合はステップ２７２へ移行し、ステップ２７２において、空調制御ＥＣＵ１０２は、外気温度センサ５２によって検出された外気温Ｔambを取得し、取得した外気温Ｔambが所定値(例えば25℃)未満か否か判定する。ステップ２７２の判定が肯定された場合はステップ２７４へ移行し、ステップ２７４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、先のステップ２６４で取得した水温Ｔwが所定値未満か否か判定する。ステップ２７４の判定が肯定された場合はステップ２７６へ移行し、ステップ２７６において、空調制御ＥＣＵ１０２は、冷却水制御ＥＣＵ１２０に対して流量調整弁７６の開度を問い合わせ、冷却水制御ＥＣＵ１２０からの応答に基づいて流量調整弁７６が閉止されているか否か判定する。
上述したステップ２７２,２７４,２７６の判定が何れも肯定された場合、冷却水の熱は、外部へ廃棄することなく、ヒータコア７８での空気加熱(暖房)に全て供することが望ましい状況と判断できる。このため、ステップ２７６の判定が肯定された場合はステップ２８０へ移行し、ステップ２８０において、空調制御ＥＣＵ１０２は、先のステップ２６４で取得した第１熱交換器３２の入口側(コンプレッサ３０の出口側)における第１熱交換媒体の温度ＴL1が水温Ｔw未満か否か判定する。
ステップ２８０の判定が肯定された場合はステップ２８４へ移行し、ステップ２８４において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４の開度を閉方向に所定量変更させ、ステップ２６４に戻る。また、ステップ２８０の判定が否定された場合はステップ２８２へ移行し、ステップ２８２において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４の開度を開方向に所定量変更させ、ステップ２６４に戻る。
これにより、ステップ２７２,２７４,２７６の判定が何れも肯定されている間は、第１熱交換器３２の入口側における第１熱交換媒体の温度ＴL1が水温Ｔw以上になるように第１膨張弁３４の開度が制御される。従って、第１熱交換器３２で冷却水から第１熱交換媒体へ熱が移動することを抑制することができ、冷却水の熱が第１熱交換媒体を経由して室外熱交換器３８で廃棄されることを抑制することができる。
一方、ステップ２７２,２７４,２７６の何れかの判定が否定された場合、冷却水の熱に対し、ヒータコア７８での空気加熱(暖房)に必要な熱が相対的に小さく、冷却水の熱に余剰分が生じている状況と判断できる。このため、ステップ２７２,２７４,２７６の何れかの判定が否定された場合はステップ２７８へ移行し、ステップ２７８において、空調制御ＥＣＵ１０２は、バルブ駆動部１１８を介し、第１膨張弁３４の開度を全開へ変更させ、ステップ２６４に戻る。この場合は、冷却水の熱の一部が第１熱交換媒体を経由して室外熱交換器３８で廃棄される。
なお、第６実施形態において、流量調整弁７６に代えて、第３実施形態で説明した機械式サーモスタット１６４が設けられていてもよい。この場合、ステップ２７６で流量調整弁７６が閉止されているか否か判定することに代えて、冷却水の水温Ｔwが機械式サーモスタット１６４の開弁温度未満か否かを判定すればよい。
また、第６実施形態において、第２膨張弁として、第５実施形態で説明した機械式の膨張弁１９０を用いてもよい。この場合、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度が所定値になるように膨張弁１９０の開度が自動的に調整されるので、図２１のステップ２５８,２６０の処理は不要になる。この態様において、膨張弁１９０のダイヤフラム１９０Ａ、感温部１９０Ｂ及び圧力導入部１９０Ｃは、エバポレータ４８の出口側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて第２膨張弁を制御する第４制御部の一例として機能する。
１０Ａ～１０Ｄ 車両用熱管理システム
１２ 第１循環路
１４ 配管(第１流路)
１６,２０,２２ 配管(第２流路)
１８,２６,２８ 配管(第３流路)
３０ コンプレッサ(第１循環部)
３２ 第１熱交換器
３４ 第１膨張弁
３８ 室外熱交換器(第２熱交換器)
４６ 第２膨張弁
４８ エバポレータ(吸熱部)
５６ 第２循環路
５８ 配管(第４流路)
６０,６２ 配管(第５流路)
６４,６６ 配管(第６流路)
６８ ＷＰ(第２循環部)
７０ 発熱体
７４ ラジエタ
７６ 流量調整弁(流量変更部、第１流量調整部)
７８ ヒータコア(放熱部)
１０２ 空調制御ＥＣＵ(流量変更部、第１制御部、第２制御部、第３制御部、第４制御部)
１２０ 冷却水制御ＥＣＵ(流量変更部、第１制御部)
１３４ バルブ駆動部(流量変更部、第１制御部)
１５６ 電気式サーモスタット(流量変更部、第１流量調整部)
１６４ 機械式サーモスタット(流量変更部)
１７６ 第２膨張弁
１７８ 第３熱交換器

Claims (12)

  1. 一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、
    前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、
    前記第１熱交換器で熱交換され、前記第２熱交換器及び前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記放熱部で放熱されている第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を増加させる流量変更部と、
    を含む車両用熱管理装置であって、
    前記第１状態で、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第１循環路の前記第２流路における前記第１熱交換媒体の流量が減少するように、或いは循環が停止するように、前記第１膨張弁を制御する第２制御部を更に含む車両用熱管理装置。
  2. 前記流量変更部は、
    前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を調整可能な第１流量調整部と、
    前記第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加するように前記第１流量調整部を制御する第１制御部と、
    を含む請求項１記載の車両用熱管理装置。
  3. 一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、
    前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、
    前記第１熱交換器で熱交換され、前記第２熱交換器及び前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記放熱部で放熱されている第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を増加させる流量変更部と、
    を含む車両用熱管理装置であって、
    前記流量変更部は、
    前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量を調整可能な第１流量調整部と、
    前記第１状態から、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加するように前記第１流量調整部を制御する第１制御部と、
    を含み、
    前記第１状態で、前記吸熱部での吸熱要求量に対して前記放熱部での放熱要求量が相対的に低下した場合に、前記第１制御部が前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加するように前記第１流量調整部を制御するよりも前に、前記第１循環路の前記第２流路における前記第１熱交換媒体の流量が減少するように前記第１膨張弁を制御する第２制御部を更に含む車両用熱管理装置。
  4. 前記第１流量調整部は、前記第５流路に設けられた流量調整弁であり、
    前記第１制御部は、前記流量調整弁の開度を増加させることで、前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加させる請求項２又は請求項３記載の車両用熱管理装置。
  5. 前記第１流量調整部は、前記第５流路に設けられ開弁温度を変更可能な電気式のサーモスタットであり、
    前記第１制御部は、前記電気式のサーモスタットの開弁温度を低下させることで、前記第２循環路の前記第５流路における前記第２熱交換媒体の流量が増加させる請求項２又は請求項３記載の車両用熱管理装置。
  6. 前記流量変更部は、前記第５流路に設けられた機械式のサーモスタットである請求項１記載の車両用熱管理装置。
  7. 前記発熱体は前記車両に搭載されたエンジンであり、
    前記第２循環路は、前記エンジンをバイパスするバイパス流路と、前記第４流路における前記第２熱交換媒体の流量を調整可能な第２流量調整部と、を含む請求項１～請求項６の何れか１項記載の車両用熱管理装置。
  8. 前記吸熱部は、車室内に供給される空気流が通過するダクト内に、前記放熱部と共に配置されたエバポレータであり、
    前記第１状態は、前記エバポレータで除湿すると共に前記放熱部で加熱した空気流を車室内に供給する除湿暖房運転状態である請求項１～請求項７の何れか１項記載の車両用熱管理装置。
  9. 前記吸熱部は、前記車両に搭載された電池を冷却するための第３熱交換器である請求項１～請求項８の何れか１項記載の車両用熱管理装置。
  10. 一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、
    前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、
    前記第１熱交換器で熱交換され、前記第２熱交換器及び前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記放熱部で放熱されている第１状態で、前記放熱部での放熱要求量に応じた回転数及び前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数のうちの高い方に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第２熱交換器の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第３制御部と、
    を含む車両用熱管理装置。
  11. 一次側と二次側との間で熱交換可能な第１熱交換器の前記一次側を経由する第１流路に対して、第１膨張弁及び室外に配置された第２熱交換器を経由する第２流路と、第２膨張弁及び車両内の吸熱部を経由する第３流路と、が並列に接続された第１循環路の前記第１流路に設けられ、前記第１循環路に第１熱交換媒体を循環させる第１循環部と、
    前記車両の発熱体を経由する第４流路、ラジエタを経由する第５流路、及び、前記車両内の放熱部及び前記第１熱交換器の前記二次側を経由する第６流路が並列に接続された第２循環路に第２熱交換媒体を循環させる第２循環部と、
    第２熱交換媒体の温度が所定値未満で、前記吸熱部で吸熱され、かつ、前記第２熱交換器及び前記放熱部で放熱される第２状態において、前記吸熱部での吸熱要求量に応じた回転数に基づいて前記第１循環部を制御すると共に、前記第１熱交換器の入側における第１熱交換媒体の温度が第２熱交換媒体の温度以上になるように前記第１膨張弁を制御し、前記吸熱部の出側における第１熱交換媒体の過熱度に応じて前記第２膨張弁を制御する第４制御部と、
    を含む車両用熱管理装置。
  12. 前記第２膨張弁は機械式の膨張弁である請求項１０または請求項１１記載の車両用熱管理装置。
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