WO2021049339A1 - 熱交換モジュール - Google Patents

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WO2021049339A1
WO2021049339A1 PCT/JP2020/032807 JP2020032807W WO2021049339A1 WO 2021049339 A1 WO2021049339 A1 WO 2021049339A1 JP 2020032807 W JP2020032807 W JP 2020032807W WO 2021049339 A1 WO2021049339 A1 WO 2021049339A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchange
air
cooling
exchange unit
side heat
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/032807
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓也 三ツ橋
バスミル ヤナルダウ
康太 真嶋
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
Publication of WO2021049339A1 publication Critical patent/WO2021049339A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchange module.
  • Patent Document 1 Conventionally, there is a heat pump system described in Patent Document 1 below.
  • a compressor, an air-cooled condenser, an expansion means, and an evaporator are connected to a refrigerant circulation line.
  • This heat pump system includes an air conditioning case, a blower, and a water-cooled condenser.
  • air conditioning case a cold air passage and a hot air passage are formed inside the air conditioning case.
  • An evaporator is placed in the cold air passage.
  • An air-cooled condenser is placed in the hot air passage.
  • the blower is arranged in the air conditioning case and blows air into the cold air passage and the hot air passage.
  • Cooling water is supplied to the water-cooled condenser from a radiator arranged outside the air conditioning case.
  • the water-cooled condenser is arranged in a refrigerant circulation line between the compressor and the air-cooled condenser, and the refrigerant discharged from the compressor is heat-exchanged with the cooling water to be condensed.
  • An object of the present disclosure is to provide a heat exchange module capable of improving mountability while having a configuration having a cooling side heat exchange unit and an air conditioning side heat exchange unit.
  • the heat exchange module includes a cooling side heat exchange unit, an air conditioner side heat exchange unit, a blower, and a case.
  • cooling side heat exchange unit cooling water for cooling the heating element of the vehicle flows inside, and heat exchange is performed between the cooling water and the air.
  • air-conditioning side heat exchange unit the heat medium flows inside, and heat is exchanged between the air-conditioned air for air-conditioning the vehicle interior and the heat medium.
  • the blower blows air to the cooling side heat exchange section and the air conditioning side heat exchange section.
  • the case houses a cooling side heat exchange unit, an air conditioning side heat exchange unit, and a blower.
  • the cooling side heat exchange unit and the air conditioning side heat exchange unit are both arranged in the case, the cooling side heat exchange unit is arranged outside the case and the air conditioning side heat exchange unit is arranged inside the case. Compared with the configuration in which the parts are arranged, the mountability can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of the vehicle of the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing a perspective structure of the heat exchange module of the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of the heat exchange module of the embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the heat exchange system of the embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the heat exchange system of the embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange system in the heating element cooling mode of the embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange module in the heating element cooling mode of the embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange system in the heating element cooling / cooling mode of the embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange module in the heating element cooling / cooling mode of the embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange system in the heating mode of the embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange module in the heating mode of the embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange system in the frost formation suppression mode of the embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an operation example of the heat exchange module in the frost formation suppression mode of the embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the structure of the vehicle of the modified example.
  • FIG. 15 is a side view schematically showing the side structure of the heat exchange module of the modified example.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the structure of the heat exchange module of another embodiment.
  • the heat exchange module 20 of this embodiment is arranged on the upper part of the bonnet 11 of the vehicle 10.
  • the vehicle 10 of the present embodiment is a so-called electric vehicle that travels by the power of a motor generator. Therefore, the vehicle is provided with a battery for supplying electric power to the motor generator, an inverter device for converting the DC electric power charged in the battery into AC electric power, and the like.
  • the traveling wind of the vehicle 10 is introduced into the heat exchange module 20 as outside air.
  • the heat exchange module 20 has a function as a radiator that dissipates cooling water for cooling a battery, an inverter device, and the like, and a function as a heat exchanger that generates conditioned air that air-conditions the vehicle interior. ..
  • the heat exchange module 20 includes a case 21, a cooling side heat exchange unit 22, a first blower 23, a first air conditioning side heat exchange unit 24, and a second air conditioning side heat exchange unit. 25 and a second blower 26 are provided.
  • the direction indicated by the arrow A in the figure indicates the flow direction of the outside air.
  • the direction indicated by the arrow Z1 indicates the upper direction in the vertical direction, and the direction indicated by the arrow Z2 indicates the lower direction in the vertical direction.
  • the case 21 is formed in a tubular shape.
  • An outside air introduction port 210 for introducing outside air from the bonnet 11 of the vehicle 10 is formed on the upper surface of one end of the case 21 on the upstream side of the outside air flow direction A.
  • the case 21 is formed with a partition wall 213 that divides the space inside the case 21 into a cooling passage 211 and an air conditioning passage 212.
  • the outside air introduced from the outside air introduction port 210 is introduced into each of the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212.
  • a vehicle compartment outside communication port 214 for communicating the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 to the outside of the vehicle interior is formed on the upper surface of the other end of the case 21 on the downstream side of the outside air flow direction A.
  • the case 21 houses a cooling side heat exchange unit 22, an air conditioning side heat exchange unit 24, 25, and a blower device 23, 26.
  • the portion of the outside air introduction port 210 communicating with the cooling passage 211 is referred to as the "cooling side outside air introduction port 210a", and the portion communicating with the air conditioning passage 212 is referred to as the “air conditioning side outside air introduction port 210a”. It is called “210b”.
  • the portion communicating with the cooling passage 211 is referred to as “cooling side passenger compartment outside communication port 214a”
  • the portion communicating with the air conditioning passage 212 is referred to as "air conditioning side passenger compartment outside communication port 214b”. It is called.
  • cooling side vehicle interior communication port 215a the portion communicating with the cooling passage 211
  • air conditioning side vehicle interior communication port 215b the portion communicating with the air conditioning passage 212
  • the partition wall 213 is formed with a communication passage 216 that communicates the upstream portion of the cooling passage 211 and the upstream portion of the air conditioning passage 212.
  • the communication passage 216 makes it possible to circulate air between the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212.
  • the cooling side heat exchange unit 22 and the first blower device 23 are arranged in the cooling passage 211.
  • the first blower device 23 is arranged on the downstream side of the cooling side heat exchange unit 22 in the outside air flow direction A. The first blower 23 blows the conditioned air flowing through the cooling passage 211 to the cooling side heat exchange unit 22. Cooling water is flowing inside the cooling side heat exchange unit 22.
  • This cooling water cools the heating element by circulating the heating element such as the motor generator, the battery, and the inverter device of the vehicle 10.
  • the cooling side heat exchange unit 22 mainly functions as a so-called radiator that radiates and cools the cooling water by exchanging heat between the cooling water flowing inside the cooling water and the conditioned air flowing outside the cooling water.
  • the first air-conditioning side heat exchange unit 24, the second air-conditioning side heat exchange unit 25, and the second air-conditioning device 26 are arranged in the air-conditioning passage 212.
  • the second air-conditioning device 26 is, for example, a sirocco fan, and blows air-conditioned air flowing through the air-conditioned passage 212 to the first air-conditioned side heat exchange unit 24 and the second air-conditioned side heat exchange unit 25.
  • the first air-conditioning side heat exchange unit 24 and the second air-conditioning side heat exchange unit 25 are arranged on the downstream side of the second air blower 26 in the outside air flow direction A.
  • the heat medium of the heat pump cycle used in the air conditioner of the vehicle 10 flows through the first air conditioner side heat exchange unit 24 and the second air conditioner side heat exchange unit 25.
  • the first air-conditioning side heat exchange unit 24 mainly functions as a so-called evaporator that cools the conditioned air by exchanging heat between the heat medium flowing inside the heat exchange unit and the conditioned air flowing outside the heat medium.
  • the second air-conditioning side heat exchange unit 25 is arranged on the downstream side of the first air-conditioning side heat exchange unit 24 in the outside air flow direction A.
  • the second air-conditioning side heat exchange unit 25 mainly functions as a so-called heater core that heats the conditioned air by exchanging heat between the heat medium flowing inside the heat medium and the conditioned air flowing outside the heat medium.
  • the first air-conditioning side heat exchange unit 24 and the second air-conditioning side heat exchange unit 25 correspond to the air-conditioning side heat exchange unit.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the structure of the heat exchange module 20.
  • the heat exchange system 30 in which the heat exchange module 20 is used will be described in detail with reference to FIG.
  • the heat exchange system 30 includes a cooling system 40 for cooling the heating element 41 and an air conditioner for the vehicle 10 when the motor generator, battery, and inverter device of the vehicle 10 are used as the heating element 41.
  • the heat pump system 50 used in the above is provided.
  • the cooling system 40 has a heating element 41, a first hydrothermal medium heat exchange unit 61, and FIGS. 2 and 3 with respect to the cooling side heat exchange unit 22 of the heat exchange module 20 shown in FIGS. 2 and 3. It has a structure in which the second air-conditioning side heat exchange unit 25 of the heat exchange module 20 shown is connected in parallel.
  • cooling water circulates in the cooling side heat exchange unit 22, the heating element 41, the first hydrothermal medium heat exchange unit 61, and the second air conditioning side heat exchange unit 25.
  • cooling side heat exchange unit 22 and the heating element 41 are connected by an annular flow path W40.
  • a pump 42 is provided on the upstream side of the heating element 41 in the annular flow path W40.
  • the pump 42 circulates the cooling water in the annular flow path W40 by sucking and pumping the cooling water flowing through the annular flow path W40.
  • the cooling system 40 is provided with a first bypass flow path W41 so as to connect the upstream side portion and the downstream side portion of the cooling side heat exchange portion 22 in the annular flow path W40.
  • a second air-conditioning side heat exchange unit 25 is arranged in the first bypass flow path W41.
  • the second air-conditioning side heat exchange unit 25 is connected in parallel to the heating element 41 by the first bypass flow path W41.
  • Switching valves 450 and 451 such as a three-way valve for switching the connection state of the flow paths W40 and W41 are provided at two connecting portions between the annular flow path W40 and the first bypass flow path W41, respectively.
  • the cooling system 40 is provided with a second bypass flow path W42 so as to connect the upstream side portion and the downstream side portion of the second air conditioning side heat exchange unit 25 in the first bypass flow path W41.
  • the second bypass flow path W42 is provided with a first hydrothermal medium heat exchange section 61.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 is connected in parallel to the heating element 41 and the second air conditioning side heat exchange unit 25 by the second bypass flow path W42.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 is a portion that exchanges heat between the cooling water that circulates in the cooling system 40 and the heat medium that circulates in the heat pump system 50.
  • a pump 43 is provided in the second bypass flow path W42.
  • the pump 43 sucks and pumps the cooling water flowing through the second bypass flow path W42 to circulate the cooling water through the second bypass flow path W42.
  • Switching valves 452 and 453 such as a three-way valve for switching the connection state of the flow paths W41 and W42 are provided at two connection portions between the first bypass flow path W41 and the second bypass flow path W42, respectively. ..
  • the cooling system 40 is provided with a third bypass flow path W43 so as to connect a portion of the annular flow path W40 on the upstream side of the pump 42 and a portion on the downstream side of the heating element 41.
  • a pump 44 and a second hydrothermal medium heat exchange unit 62 are arranged in the third bypass flow path W43.
  • the second hydrothermal medium heat exchange unit 62 is a portion that exchanges heat between the cooling water that circulates in the cooling system 40 and the heat medium that circulates in the heat pump system 50.
  • the pump 44 circulates the cooling water in the third bypass flow path W43 by sucking and pumping the cooling water flowing through the third bypass flow path W43.
  • Switching valves 454 and 455 such as a three-way valve for switching the connection state of the flow paths W40 and W43 are provided at two connecting portions between the annular flow path W40 and the third bypass flow path W43, respectively.
  • the heating element 41 is cooled by circulating the cooling water cooled by the cooling side heat exchange unit 22 through the heating element 41. Further, in the cooling system 40, the cooling water is circulated between the cooling side heat exchange unit 22 and the hydrothermal medium heat exchange units 61 and 62 by switching the connection state of the flow path by the switching valves 450 to 455. It is also possible to circulate the cooling water between the heating element 41 and the hydrothermal medium heat exchange units 61 and 62.
  • the heat pump system 50 includes a first air conditioning side heat exchange unit 24, a pressure regulating valve 51, a compressor 52, a first expansion valve 53, a second expansion valve 54, a first hydrothermal medium heat exchange unit 61, and the like. It is provided with a second hydrothermal medium heat exchange unit 62.
  • the first air conditioning side heat exchange section 24, the pressure regulating valve 51, the compressor 52, the first hydrothermal medium heat exchange section 61, and the first expansion valve 53 are annularly connected by an annular flow path W50. A heat medium circulates in the annular flow path W50.
  • the compressor 52 sucks and compresses the heat medium flowing through the annular flow path W50 to discharge the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium, and circulates the heat medium in the annular flow path W50.
  • the high-temperature and high-pressure vapor phase heat medium discharged from the compressor 52 flows into the first hydrothermal medium heat exchange section 61 through the annular flow path W50.
  • first hydrothermal medium heat exchange unit 61 heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium discharged from the compressor 52 and the cooling water circulating in the cooling system 40, so that the heat medium is heated. Heat is released into the cooling water and the heat medium condenses.
  • the high-pressure liquid-phase heat medium condensed in the first hydrothermal medium heat exchange section 61 flows into the first expansion valve 53 through the annular flow path W50.
  • the first expansion valve 53 expands and depressurizes the high-pressure liquid-phase heat medium discharged from the first hydrothermal medium heat exchange unit 61.
  • the low-pressure liquid-phase heat medium decompressed by the first expansion valve 53 flows into the first air-conditioning side heat exchange section 24 through the annular flow path W50.
  • heat is exchanged between the low-pressure liquid-phase heat medium discharged from the first expansion valve 53 and the conditioned air, so that the heat medium absorbs the heat of the conditioned air.
  • the conditioned air is cooled.
  • the low-temperature vapor-phase heat medium evaporated by absorbing the heat of the conditioned air flows from the first air-conditioned side heat exchange unit 24 to the pressure regulating valve 51 to adjust the pressure, and then is sucked into the compressor 52.
  • the heat pump system 50 when the heat medium circulates in the annular flow path W50, the heat pump system 50 operates as a so-called refrigeration cycle for cooling the conditioned air.
  • the heat pump system 50 is provided with a bypass flow path W51 so as to connect a portion of the annular flow path W50 on the downstream side of the first hydrothermal medium heat exchange portion 61 and a portion on the upstream side of the compressor 52. ..
  • the bypass flow path W51 is provided with a second expansion valve 54 and a second hydrothermal medium heat exchange section 62.
  • Switching valves 550 and 551 such as a three-way valve for switching the connection state of the flow paths W50 and W51 are provided at two connecting portions between the annular flow path W50 and the bypass flow path W51.
  • the switching valves 550 and 551 form, for example, a flow path in which the heat medium does not flow in the bypass flow path W51 and the heat medium flows only in the annular flow path W50.
  • the heat pump system 50 can be driven as a refrigeration cycle as described above.
  • the heat medium does not flow through the first expansion valve 53 and the first air conditioning side heat exchange section 24, and the compressor 52, the first hydrothermal medium heat exchange section 61, and the bypass flow path W51 A flow path through which the heat medium flows is constructed.
  • the second expansion valve 54 expands and depressurizes the high-pressure liquid-phase heat medium discharged from the first hydrothermal medium heat exchange unit 61.
  • the low-pressure liquid-phase heat medium decompressed by the second expansion valve 54 flows into the second hydrothermal medium heat exchange section 62 through the bypass flow path W51.
  • the second hydrothermal medium heat exchange unit 62 heat is exchanged between the low-pressure liquid-phase heat medium discharged from the second expansion valve 54 and the cooling water flowing through the third bypass flow path W43 of the cooling system 40. By doing so, the heat of the cooling water is absorbed by the heat medium. The low-pressure vapor-phase heat medium evaporated by absorbing the heat of the cooling water is sucked into the compressor 52.
  • the compressor 52 sucks and compresses the low-pressure gas phase heat medium discharged from the second hydrothermal medium heat exchange unit 62, thereby discharging the high-temperature and high-pressure gas phase heat medium.
  • the high-temperature and high-pressure vapor phase heat medium discharged from the compressor 52 flows into the first hydrothermal medium heat exchange section 61.
  • heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium discharged from the compressor 52 and the cooling water flowing through the second bypass flow path W42 of the cooling system 40.
  • the heat of the heat medium is absorbed by the cooling water.
  • the heat pump system 50 can both cool and heat the conditioned air.
  • the heat exchange system 30 includes a control device 70 that controls each of the systems 40 and 50.
  • the control device 70 is mainly composed of a microcomputer having a CPU, a memory, and the like.
  • the control device 70 executes various processes for controlling the systems 40 and 50 by executing a program stored in the memory in advance.
  • the control device 70 incorporates the output signals of the temperature sensors 71 and 72 and the operation unit 73.
  • the temperature sensor 71 detects the temperature of the heating element 41 and outputs a signal corresponding to the detected temperature of the heating element 41 to the control device 70.
  • the temperature sensor 72 detects the temperature of the cooling side heat exchange unit 22, and outputs a signal corresponding to the detected temperature of the cooling side heat exchange unit 22 to the control device 70.
  • the operation unit 73 is a part operated by the occupant of the vehicle 10.
  • the operation unit 73 can perform, for example, an operation of selecting whether to heat or cool the vehicle interior, an operation of selecting a set temperature of the vehicle interior, and the like.
  • the operation unit 73 outputs a signal corresponding to the operation of the occupant to the control device 70.
  • the cooling system 40 is provided with door members 460 to 462.
  • the door members 460 to 462 open and close the cooling side outside air introduction port 210a, the cooling side vehicle interior communication port 214a, and the cooling side vehicle interior communication port 215a of the cooling passage 211 shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the heat pump system 50 is provided with door members 560 to 562.
  • the door members 560 to 562 open and close the air-conditioning side outside air introduction port 210b, the air-conditioning side vehicle interior communication port 214b, and the air-conditioning side vehicle interior communication port 215b of the air conditioning passage 212 shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
  • the heat exchange system 30 is provided with a door member 31 for opening and closing the communication passage 216 shown in FIGS. 2 and 3.
  • the door members 460 to 462, 560 to 562, 31 are components of the heat exchange module 20.
  • the control device 70 is cooled by the output signals of the temperature sensors 71 and 72 and the operation unit 73 according to the temperature of the heating element 41, the temperature of the cooling side heat exchange unit 22, the operation of the occupant on the operation unit 73, and the like. It controls each component of the system 40, each component of the heat pump system 50, and the door member 31. As a result, the control device 70 drives each of the systems 40 and 50 in any of the heating element cooling mode, the heating element cooling / cooling mode, the heating mode, and the frost formation suppression mode.
  • FIGS. 6, 8, 10, and 12 the flow path through which the cooling water or the heat medium is flowing is shown by a solid line, and the flow path through which the cooling water or the heat medium is not flowing is shown by a broken line.
  • FIGS. 7, 9, 11, and 13 the closed portion of the outside air introduction port 210, the vehicle interior outside communication port 214, the vehicle interior communication port 215, and the communication passage 216 is point hatched. Is illustrated in. Further, in FIGS. 7, 9, 11, and 13, the air flow direction is indicated by an arrow.
  • the heating element cooling mode is a mode for cooling the heating element 41.
  • the control device 70 operates the systems 40 and 50 in the heating element cooling mode based on the temperature of the heating element 41 becoming equal to or higher than a predetermined temperature.
  • a cooling water flow path and a heat medium flow path are formed in each of the systems 40 and 50 as shown in FIG.
  • cooling water flows through the heating element 41, the cooling side heat exchange unit 22, and the second air conditioning side heat exchange unit 25, and the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 and
  • the open / closed state of the switching valves 450 to 455 is switched so that the cooling water does not flow to the second hydrothermal medium heat exchange unit 62.
  • the control device 70 drives the pump 42 and stops the pump 43. Further, the control device 70 does not circulate the heat medium in the heat pump system 50 by stopping the compressor 52 of the heat pump system 50.
  • the cooling side outside air introduction port 210a, the air conditioning side outside air introduction port 210b, the cooling side vehicle room outside communication port 214a, and the air conditioning side vehicle room outside communication port 214b are opened. Further, each door member 460 to 462, 560 to 562, 31 is controlled so that the cooling side vehicle interior communication port 215a, the air conditioning side vehicle interior communication port 215b, and the communication passage 216 are closed. Further, the control device 70 drives the blowers 23 and 26. As a result, in the cooling passage 211, the outside air introduced from the cooling side outside air introduction port 210a passes through the cooling side heat exchange unit 22, and then is discharged to the outside of the vehicle interior from the cooling side vehicle interior outside communication port 214a.
  • the outside air introduced from the air-conditioning side outside air introduction port 210b passes through the second air-conditioning side heat exchange unit 25, and then is discharged to the outside of the vehicle interior from the air-conditioning side vehicle interior outdoor communication port 214b.
  • the cooling side heat exchange unit 22 exchanges heat between the cooling water flowing inside the cooling water and the outside air flowing through the cooling passage 211. , The cooling water is cooled. Further, in the second air-conditioning side heat exchange unit 25, the cooling water is cooled by heat exchange between the cooling water flowing inside the second air-conditioning side heat exchange unit 25 and the outside air flowing through the air-conditioning passage 212. Utilizing this, in the heating element cooling mode, as shown in FIG. 6, the cooling water that has absorbed the heat of the heating element 41 is flowed not only to the cooling side heat exchange unit 22 but also to the second air conditioning side heat exchange unit 25.
  • the cooling water is dissipated by both the cooling side heat exchange unit 22 and the second air conditioning side heat exchange unit 25. That is, in the heating element cooling mode, if the cooling side heat exchange unit 22 is the first radiator, the second air conditioning side heat exchange unit 25 functions as the second radiator. As a result, the amount of heat radiated from the cooling side heat exchange unit 22 can be reduced as compared with the case where the cooling water is radiated only by the cooling side heat exchange unit 22, so that the cooling side heat exchange unit 22 is downsized. Alternatively, it is possible to reduce the number of portions of the cooling side heat exchange unit 22 where heat exchange is performed. In the cooling system 40, the heating element 41 is cooled by the cooling water cooled by the cooling side heat exchange unit 22 and the second air conditioning side heat exchange unit 25 circulating in the heating element 41.
  • the heating element cooling mode is a mode in which only the heating element 41 is cooled.
  • the heating element cooling / cooling mode is a mode for cooling the heating element 41 and the interior of the vehicle.
  • the control device 70 sets the systems 40 and 50 in the heating element cooling / cooling mode when the temperature of the heating element 41 is equal to or higher than a predetermined temperature and the cooling of the vehicle interior is selected by the operation unit 73. Make it work.
  • each system 40, 50 may be operated in the heating element cooling / cooling mode.
  • the flow paths of the cooling water and the heat medium as shown in FIG. 8 are formed in each of the systems 40 and 50.
  • cooling water flows through the heating element 41, the cooling side heat exchange unit 22, the first hydrothermal medium heat exchange unit 61, and the second air conditioning side heat exchange unit 25, and the cooling water flows to the second. 2
  • the open / closed state of the switching valves 450 to 455 is switched so that the cooling water does not flow to the hydrothermal medium heat exchange unit 62.
  • the control device 70 drives the pumps 42 and 43 of the cooling system 40.
  • the heat medium flows through the compressor 52, the first hydrothermal medium heat exchange unit 61, the first expansion valve 53, the first air conditioning side heat exchange unit 24, and the pressure regulating valve 51, and the second water.
  • the open / closed states of the switching valves 550 and 551 are switched so that the heat medium does not flow through the heat medium heat exchange unit 62, and the compressor 52 is driven.
  • the control device 70 includes a cooling side outside air introduction port 210a, an air conditioning side outside air introduction port 210b, a cooling side vehicle compartment outside communication port 214a, an air conditioning side vehicle interior communication port 214b, and an air conditioning side vehicle interior.
  • Each door member 460 to 462, 560 to 562, 31 is controlled so that the communication port 215b is in the open state and the cooling side vehicle interior communication port 215a and the communication passage 216 are in the closed state. Further, the control device 70 drives the blowers 23 and 26.
  • the outside air introduced from the cooling side outside air introduction port 210a passes through the cooling side heat exchange unit 22, and then is discharged to the outside of the vehicle interior from the cooling side vehicle interior outside communication port 214a.
  • the air-conditioning passage 212 after the outside air introduced from the air-conditioning side outside air introduction port 210b passes through the first air-conditioning side heat exchange unit 24 and the second air-conditioning side heat exchange unit 25, the air-conditioning side vehicle interior communication port 214b and air conditioning It is discharged to the inside of the vehicle and the outside of the vehicle from the side vehicle interior communication port 215b, respectively.
  • the cooling side heat exchange unit 22 exchanges heat between the cooling water flowing inside the cooling water and the outside air flowing through the cooling passage 211.
  • the cooling water is cooled.
  • the cooling water is cooled by heat exchange between the cooling water flowing inside the second air-conditioning side heat exchange unit 25 and the outside air flowing through the air-conditioning passage 212.
  • the cooling water that has absorbed the heat of the heating element 41 flows to the cooling side heat exchange section 22 and the second air conditioning side heat exchange section 25, so that the cooling side heat is generated. Cooling water is dissipated by both the exchange unit 22 and the second air conditioning side heat exchange unit 25.
  • the cooling side heat exchange unit 22 if used as the first radiator, the second air conditioning side heat exchange unit 25 functions as the second radiator.
  • the cooling water cooled by the cooling side heat exchange unit 22 and the second air conditioning side heat exchange unit 25 circulates in the heating element 41, so that the heating element 41 can be cooled.
  • the cooling water cooled in the cooling side heat exchange unit 22 and the second air conditioning side heat exchange unit 25 flows to the first hydrothermal medium heat exchange unit 61.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium compressed by the compressor 52 and the cooling water, so that the heat of the heat medium is absorbed by the cooling water. And the heat medium condenses.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 substantially functions as a capacitor.
  • the high-pressure liquid-phase heat medium condensed in the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 becomes a low-pressure liquid-phase heat medium by being depressurized through the first expansion valve 53, and then becomes the low-pressure liquid-phase heat exchange unit 24.
  • the first air-conditioning side heat exchange unit 24 heat is exchanged between the low-pressure liquid-phase heat medium flowing inside the heat exchange unit 24 and the outside air flowing through the air-conditioning passage 212, so that the outside air is exchanged. It is cooled.
  • the first air conditioning side heat exchange unit 24 functions as an evaporator.
  • the outside air cooled by the first air-conditioning side heat exchange unit 24 is introduced into the vehicle interior as air-conditioning air through the air-conditioning side vehicle interior communication port 215b to cool the vehicle interior. Therefore, the heat pump system 50 operates as a refrigeration cycle.
  • the heating element cooling / cooling mode is a mode in which both the heating element 41 is cooled and the passenger compartment is cooled.
  • the heating mode is a mode for heating the interior of the vehicle.
  • the control device 70 operates the systems 40 and 50 in the heating mode when the operation unit 73 selects heating in the vehicle interior.
  • each system 40, 50 may be operated in the heating element cooling / cooling mode.
  • the heating mode the flow paths of the cooling water and the heat medium as shown in FIG. 10 are formed in each of the systems 40 and 50.
  • the cooling water circulates between the cooling side heat exchange unit 22 and the second hydrothermal medium heat exchange unit 62, and the control device 70 and the first hydrothermal medium heat exchange unit 61
  • the open / closed state of the switching valves 450 to 455 is switched so that the cooling water circulates with the second air conditioning side heat exchange unit 25.
  • the control device 70 drives the pumps 42 and 43 of the cooling system 40.
  • the heat medium flows through the compressor 52, the first hydrothermal medium heat exchange unit 61, the second expansion valve 54, and the second hydrothermal medium heat exchange unit 62, and the first air conditioning side heat exchange unit
  • the open / closed states of the switching valves 550 and 551 are switched so that the heat medium does not flow through the 24, and the compressor 52 is driven.
  • the cooling side vehicle interior communication port 215a, the air conditioning side vehicle interior communication port 215b, and the communication passage 216 are in an open state, and the cooling side outside air introduction port 210a and the air conditioning side.
  • Each door member 460 to 462, 560 to 562, 31 is controlled so that the outside air introduction port 210b, the cooling side vehicle interior outside communication port 214a, and the air conditioning side vehicle interior outside communication port 214b are closed.
  • the control device 70 stops the first blower device 23 and drives the second blower device 26.
  • the air in the vehicle interior introduced from the cooling side vehicle interior communication port 215a passes through the cooling passage 211, the communication passage 216, and the air conditioning passage 212 in this order, and then flows from the air conditioning side vehicle interior communication port 215b into the vehicle interior. become.
  • the control device 70 may drive the first blower 23.
  • the air inside the vehicle is referred to as "inside air”.
  • the cooling side heat exchange unit 22 By forming the air flow as shown in FIG. 11, in the cooling side heat exchange unit 22, heat exchange is performed between the cooling water flowing inside the cooling water and the inside air flowing through the cooling passage 211. , The heat of the inside air is absorbed by the cooling water.
  • the cooling water that has absorbed the heat of the inside air flows to the second hydrothermal medium heat exchange unit 62 as shown in FIG.
  • a low-pressure liquid-phase heat medium decompressed by the second expansion valve 54 flows through the second hydrothermal medium heat exchange unit 62.
  • the liquid phase heat medium absorbs the heat of the cooling water by performing heat exchange between the cooling water that has absorbed the heat of the inside air and the low pressure liquid phase heat medium. And evaporate. Therefore, in the heat pump system 50, the second hydrothermal medium heat exchange unit 62 substantially functions as an evaporator.
  • the low-pressure gas phase heat medium evaporated in the second hydrothermal medium heat exchange unit 62 becomes a high-temperature and high-pressure gas phase heat medium by being compressed by the compressor 52, and then the first It flows into the hydrothermal medium heat exchange unit 61.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium compressed by the compressor 52 and the cooling water, so that the heat of the heat medium is absorbed by the cooling water.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 substantially functions as a capacitor.
  • the cooling water heated by absorbing the heat of the heat medium flows to the second air conditioning side heat exchange unit 25. As shown in FIG.
  • the inside air is heated by heat exchange between the inside air flowing through the air-conditioning passage 212 and the cooling water. Therefore, the second air-conditioned heat exchange unit 25 functions as a heater core for heating the conditioned air.
  • the inside air heated in the second air-conditioning side heat exchange unit 25 flows into the vehicle interior through the air-conditioning side vehicle interior communication port 215b, so that the vehicle interior can be heated.
  • the heating mode is a mode for heating the interior of the vehicle.
  • the frost formation suppression mode is a mode for preventing frost from adhering to the cooling side heat exchange unit 22 when operating in the heating mode.
  • the control device 70 monitors the temperature of the cooling side heat exchange unit 22 by the temperature sensor 72 when operating in the heating mode, and the temperature of the cooling side heat exchange unit 22 becomes equal to or lower than the first predetermined temperature. Based on this, the mode shifts from the heating mode to the frost formation suppression mode.
  • the first predetermined temperature is set to a temperature slightly higher than the temperature at which frost actually adheres to the cooling side heat exchange unit 22.
  • control device 70 executes the frost formation suppression mode based on the temperature of the cooling side heat exchange unit 22 becoming higher than the second predetermined temperature, or executes the frost formation suppression mode for a predetermined time.
  • the mode shifts from the frost formation suppression mode to the heating mode based on the above.
  • the second predetermined temperature is a temperature higher than the first predetermined temperature.
  • the frost formation suppression mode is executed when the possibility of frost adhering to the cooling side heat exchange unit 22 becomes high during the execution of the heating mode.
  • the frost formation suppression mode the flow paths of the cooling water and the heat medium as shown in FIG. 12 are formed in each of the systems 40 and 50.
  • the cooling water circulates between the heating element 41 and the cooling side heat exchange unit 22, and the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 and the second air conditioning side heat exchange unit 21.
  • the open / closed state of the switching valves 450 to 455 is switched so that the cooling water circulates with the portion 25.
  • the control device 70 drives the pumps 42 and 43 of the cooling system 40.
  • the heat medium flows through the compressor 52, the first hydrothermal medium heat exchange unit 61, the first expansion valve 53, the first air conditioning side heat exchange unit 24, and the pressure regulating valve 51, and the second water.
  • the open / closed states of the switching valves 550 and 551 are switched so that the heat medium does not flow through the heat medium heat exchange unit 62, and the compressor 52 is driven.
  • the cooling side vehicle interior communication port 215a, the air conditioning side vehicle interior communication port 215b, and the communication passage 216 are opened, and the cooling side outside air introduction port 210a and the air conditioning side outside air are opened.
  • Each door member 460 to 462, 560 to 562, 31 is controlled so that the introduction port 210b, the cooling side vehicle room outside communication port 214a, and the air conditioning side vehicle room outside communication port 214b are closed.
  • the control device 70 stops the first blower device 23 and drives the second blower device 26.
  • the air in the vehicle interior introduced from the cooling side vehicle interior communication port 215a passes through the cooling passage 211, the communication passage 216, and the air conditioning passage 212 in this order, and then flows from the air conditioning side vehicle interior communication port 215b into the vehicle interior. become. If the first blower 23 is reversible, the control device 70 may drive the first blower 23.
  • the cooling water circulates between the heating element 41 and the cooling side heat exchange section 22, so that the cooling water that has absorbed the heat of the heating element 41 flows to the cooling side heat exchange section 22.
  • the temperature of the cooling side heat exchange unit 22 can be raised. Therefore, adhesion of frost to the cooling side heat exchange unit 22 is prevented.
  • a low-pressure liquid-phase heat medium decompressed by the first expansion valve 53 flows through the first air-conditioning side heat exchange unit 24.
  • heat is exchanged between the low-pressure liquid-phase heat medium flowing inside the heat exchange unit 24 and the inside air flowing through the air-conditioning passage 212, whereby the heat medium is generated. Absorbs the heat of the inside air and evaporates. Therefore, in the frost formation suppression mode, the first air conditioning side heat exchange unit 24 substantially functions as an evaporator.
  • the low-pressure vapor-phase heat medium evaporated in the first air-conditioning side heat exchange section 24 flows to the compressor 52 through the pressure regulating valve 51, and is compressed by the compressor 52 to obtain high temperature and high pressure. After becoming a vapor phase heat medium, it flows into the first hydrothermal medium heat exchange section 61.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure vapor-phase heat medium compressed by the compressor 52 and the cooling water, so that the heat of the heat medium is absorbed by the cooling water.
  • the first hydrothermal medium heat exchange unit 61 substantially functions as a capacitor.
  • the cooling water heated by absorbing the heat of the heat medium flows to the second air conditioning side heat exchange unit 25.
  • the inside air is heated by heat exchange between the inside air flowing through the air-conditioning passage 212 and the cooling water. Therefore, the second air-conditioned heat exchange unit 25 functions as a heater core for heating the conditioned air.
  • the inside air heated in the second air-conditioning side heat exchange unit 25 flows into the vehicle interior through the air-conditioning side vehicle interior communication port 215b, so that the vehicle interior can be heated.
  • the frost formation suppression mode is a mode in which frost formation of the cooling side heat exchange unit 22 is prevented while heating the interior of the vehicle. According to the heat exchange module 20 of the present embodiment described above, the actions and effects shown in the following (1) to (9) can be obtained.
  • the case 21 of the heat exchange module 20 is formed with a common outside air introduction port 210 for introducing outside air into the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange units 24 and 25.
  • the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange units 24 and 25 are both arranged in the case 21, the cooling side heat exchange unit 22 is arranged outside the case 21 and the case.
  • the mountability can be improved.
  • the case 21 is formed with an outside air introduction port 210 common to the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange units 24 and 25, the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange unit 24, Compared with a configuration in which the outside air inlets corresponding to each of the 25 are separately provided, the mountability can be improved.
  • the cooling passage 211 that guides the outside air introduced from the outside air introduction port 210 to the cooling side heat exchange unit 22, and the outside air introduced from the outside air introduction port 210 to the air conditioning side heat exchange units 24 and 25.
  • An air conditioning passage 212 for guiding is provided. According to this configuration, the air flowing through the cooling passage 211 and the air flowing through the air conditioning passage 212 are not mixed, so that the heat exchange performance of the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange units 24 and 25 deteriorates. Can be suppressed.
  • the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 are integrally formed. According to this configuration, the mountability can be improved as compared with the case where the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 are provided separately.
  • the passenger compartment outside communication port 214 is provided in the cooling passage 211 on the downstream side of the cooling side heat exchange unit 22 and on the downstream side of the air conditioning side heat exchange units 24 and 25 in the air conditioning passage 212. It is formed.
  • the external communication port 214 functions as an exhaust port for discharging the air that has passed through the cooling side heat exchange unit 22 and the air conditioning side heat exchange units 24 and 25 to the outside of the vehicle interior, which is a place different from the vehicle interior. According to this configuration, not only the cooling side heat exchange unit 22 but also the air conditioning side heat exchange units 24 and 25 can function as radiators.
  • a communication passage for communicating the portion of the cooling passage 211 upstream of the cooling side heat exchange portion 22 and the portion of the air conditioning passage 212 upstream of the air conditioning side heat exchange portions 24 and 25. 216 is formed.
  • the communication passage 216 corresponds to the communication portion. According to this configuration, it is possible to form an air flow as shown in FIGS. 11 and 13, so that the interior of the vehicle can be heated. Further, since the cooling side heat exchange unit 22 can absorb heat from the inside air, the heat absorption efficiency of the cooling side heat exchange unit 22 can be improved as compared with the case where the cooling side heat exchange unit 22 absorbs heat from the outside air which is lower than the inside air. Further, by increasing the endothermic efficiency of the cooling side heat exchange unit 22, the time until the cooling side heat exchange unit 22 is frosted can be extended.
  • the heat exchange module 20 further includes a door member 31 that opens and closes the communication passage 216.
  • the door member 31 corresponds to an opening / closing portion that opens / closes the communication portion.
  • the air-conditioning side heat exchange unit includes a first air-conditioning side heat exchange unit 24 that functions as an evaporator and a second air-conditioning side heat exchange unit 25 that functions as a heater core. According to this configuration, it is possible to selectively cool and heat the vehicle interior.
  • Blowers 23 and 26 are arranged in the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212, respectively. According to this configuration, it is possible to control the air volume of each of the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212.
  • the outside air introduction port 210 is provided on the bonnet 11 of the vehicle 10. According to this configuration, outside air can be easily introduced into the heat exchange module 20. (Modification example) Next, a modification of the heat exchange module 20 will be described.
  • the heat exchange module 20 of this modified example is arranged in a portion on the rear side of the vehicle in the upper part of the bonnet 11 of the vehicle 10.
  • a partition wall 213 is provided inside the case 21 of the heat exchange module 20 so as to extend rearward from the central portion in the outside air flow direction A.
  • the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 are partitioned and formed by the partition wall 213.
  • a blower 27 is arranged in a portion of the inside of the case 21 on the upstream side of the partition wall 213.
  • the blower 27 blows the outside air introduced from the outside air introduction port 210 of the case 21 into the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212, respectively.
  • a first cooling side heat exchange unit 81 and a second cooling side heat exchange unit 82 are arranged in the cooling passage 211.
  • the first cooling side heat exchange unit 81 functions as a radiator for cooling the cooling water of the heating element 41.
  • the second cooling side heat exchange unit 82 functions as a condenser for the refrigeration cycle used in the air conditioner of the vehicle.
  • An outdoor communication port 214 is provided on the downstream side of the cooling passage 211. Therefore, the outside air that has passed through the first cooling side heat exchange unit 81 and the second cooling side heat exchange unit 82 is discharged to the outside of the vehicle interior through the vehicle interior outside communication port 214.
  • the air conditioning side heat exchange unit 83 is arranged in the air conditioning passage 212.
  • the air-conditioning side heat exchange unit 83 functions as an evaporator of the refrigeration cycle used in the air-conditioning device of the vehicle.
  • a vehicle interior communication port 215 is provided on the downstream side of the air conditioning passage 212. Therefore, the conditioned air cooled by the air-conditioning side heat exchange unit 83 is introduced into the vehicle interior through the vehicle interior communication port 215. As a result, the interior of the vehicle can be cooled.
  • the heat exchange module 20 of this modification it is possible to cool the heating element 41 and the interior of the vehicle, and it is possible to improve the mountability.
  • the above embodiment can also be implemented in the following embodiments.
  • the heat exchange module 20 has an inside air introduction port 28 for introducing air in the vehicle interior and an inside air introduced from the inside air introduction port 28 upstream of the second blower 26 in the air conditioning passage 212.
  • the inside air passage 29 leading to the side portion, the communication passage 290 communicating the inside air passage 29 and the air conditioning passage 212, and the door member for opening and closing the communication passage 290 may be further provided.
  • the so-called inside air circulation mode can be realized by introducing the inside air from the inside air introduction port 28 instead of the air conditioning side outside air introduction port 210b.
  • the control device 70 may execute the frost formation suppression mode when the cooling side heat exchange unit 22 actually frosts.
  • the case 21 may be provided with the cooling side outside air introduction port 210a and the air conditioner side outside air introduction port 210b separately. Further, the case 21 may be provided with the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 separately.
  • -The case 21 may be provided with the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 separated from each other.
  • -The outside communication port 214 may be a portion that discharges air to a place other than the outside of the vehicle, for example, a motor room in which a motor generator is provided, an engine room in which an internal combustion engine is provided, or the like.
  • the outside air introduction port 210 is not limited to the bonnet 11, and may be, for example, a portion that introduces outside air from the front or under the floor of the vehicle 10.
  • the heat exchange module 20 may have one blower common to the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212.
  • the outside air introduction port 210 and the vehicle interior communication port 214 may not be partitioned by the partition wall 213.
  • An air-heated PTC (Positive Temperature Coefficient) heater may be used instead of the second air-conditioning side heat exchange unit 25 that functions as a heater core.
  • the case 21 may not be provided with the partition wall 213. That is, the cooling passage 211 and the air conditioning passage 212 may not be formed separately.
  • the heat pump system 50 may operate only as a refrigeration cycle for cooling the conditioned air. In this case, since it is not necessary to execute the heating mode or the frost formation suppression mode, the case 21 may not have the communication passage 216 formed.
  • the heat exchange module 20 is not limited to the one that introduces the traveling wind of the vehicle 10 as the outside air, and the blower device 23, for example, in a state where the vehicle 10 is charging or waiting for a signal, while the vehicle 10 is stopped.
  • the outside air may be introduced by driving the 26.
  • the vehicle 10 is not limited to an electric vehicle, but may be an engine vehicle that travels by the power of an internal combustion engine, or a hybrid vehicle that travels by the power of an electric motor and an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine serves as a heating element.
  • a battery that supplies electric power to an electric motor and an internal combustion engine serve as heating elements.

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Abstract

熱交換モジュールは、冷却側熱交換部（２２）と、空調側熱交換部（２４，２５）と、送風装置（２３，２６）と、ケース（２１）と、を備える。冷却側熱交換部は、冷却水と空気との間で熱交換を行う。空調側熱交換部は、車室内の空調を行うための空調空気と熱媒体との間で熱交換を行う。送風装置は、冷却側熱交換部及び空調側熱交換部に空気を送風する。ケースには、冷却側熱交換部、空調側熱交換部、及び送風装置が収容される。

Description

熱交換モジュール 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１９年９月１０日に出願された日本国特許出願２０１９－１６４２４１号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、熱交換モジュールに関する。
　従来、下記の特許文献１に記載のヒートポンプシステムがある。特許文献１に記載のヒートポンプシステムでは、圧縮機、空冷式凝縮器、膨張手段、及び蒸発器が冷媒循環ラインに接続されている。このヒートポンプシステムは、空調ケースと、ブロワと、水冷式凝縮器とを備えている。空調ケースでは、その内部に冷風通路及び温風通路が形成されている。冷風通路には蒸発器が配置されている。温風通路には空冷式凝縮器が配置されている。ブロワは、空調ケースに配置され、冷風通路及び温風通路に空気を送風する。水冷式凝縮器には、空調ケースの外部に配置されるラジエータから冷却水が供給される。水冷式凝縮器には、圧縮機と空冷式凝縮器との間の冷媒循環ラインに配置されて、圧縮機から排出された冷媒を冷却水と熱交換させて凝縮させる。
特許第６２１８９５３号
　特許文献１に記載のヒートポンプシステムでは、空調ケースとは別にラジエータが設けられているため、空調ケースの水冷凝縮器とラジエータとを接続するための長い配管等が必要となる。これが、ヒートポンプシステムの搭載性を悪化させる要因となっている。
　なお、このような課題は、ヒートポンプシステムに限らず、発熱体を冷却するための冷却水を放熱させる冷却側熱交換部と、車室内に送風される空調空気を冷却するための空調側熱交換部とを有する熱交換システムに共通する課題である。
　本開示の目的は、冷却側熱交換部及び空調側熱交換部を有する構成でありながら、搭載性を向上させることが可能な熱交換モジュールを提供することにある。
　本開示の一態様による熱交換モジュールは、冷却側熱交換部と、空調側熱交換部と、送風装置と、ケースと、を備える。冷却側熱交換部は、車両の発熱体を冷却するための冷却水が内部を流れ、冷却水と空気との間で熱交換を行う。空調側熱交換部は、熱媒体が内部を流れ、車室内の空調を行うための空調空気と熱媒体との間で熱交換を行う。送風装置は、冷却側熱交換部、及び空調側熱交換部に空気を送風する。ケースには、冷却側熱交換部、空調側熱交換部、及び送風装置が収容される。
　この構成によれば、ケースに冷却側熱交換部及び空調側熱交換部が共に配置されているため、ケースの外部に冷却側熱交換部が配置されて、且つケースの内部に空調側熱交換部が配置されている構成と比較すると、搭載性を向上させることができる。
図１は、実施形態の車両の構造を模式的に示す図である。 図２は、実施形態の熱交換モジュールの斜視構造を模式的に示す斜視図である。 図３は、実施形態の熱交換モジュールの構造を模式的に示す図である。 図４は、実施形態の熱交換システムの概略構成を示すブロック図である。 図５は、実施形態の熱交換システムの電気的な構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態の発熱体冷却モード時における熱交換システムの動作例を示すブロック図である。 図７は、実施形態の発熱体冷却モード時における熱交換モジュールの動作例を示すブロック図である。 図８は、実施形態の発熱体冷却・冷房モード時における熱交換システムの動作例を示すブロック図である。 図９は、実施形態の発熱体冷却・冷房モード時における熱交換モジュールの動作例を示すブロック図である。 図１０は、実施形態の暖房モード時における熱交換システムの動作例を示すブロック図である。 図１１は、実施形態の暖房モード時における熱交換モジュールの動作例を示すブロック図である。 図１２は、実施形態の着霜抑制モード時における熱交換システムの動作例を示すブロック図である。 図１３は、実施形態の着霜抑制モード時における熱交換モジュールの動作例を示すブロック図である。 図１４は、変形例の車両の構造を模式的に示す図である。 図１５は、変形例の熱交換モジュールの側面構造を模式的に示す側面図である。 図１６は、他の実施形態の熱交換モジュールの構造を模式的に示す図である。
　以下、熱交換モジュールの一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
　図１に示されるように、本実施形態の熱交換モジュール２０は、車両１０のボンネット１１の上部に配置されている。本実施形態の車両１０は、モータジェネレータの動力により走行する、いわゆる電気自動車である。したがって、車両は、モータジェネレータに電力を供給するためのバッテリや、バッテリに充電されている直流電力を交流電力に変換するインバータ装置等を備えている。熱交換モジュール２０には、車両１０の走行風が外気として導入される。熱交換モジュール２０は、バッテリやインバータ装置等を冷却するための冷却水を放熱させるラジエータとしての機能と、車室内の空調を行う空調空気を生成する熱交換器としての機能とを有している。
　次に、熱交換モジュール２０の具体的な構成について説明する。
　図２に示されるように、熱交換モジュール２０は、ケース２１と、冷却側熱交換部２２と、第１送風装置２３と、第１空調側熱交換部２４と、第２空調側熱交換部２５と、第２送風装置２６とを備えている。なお、図中の矢印Ａで示される方向は外気の流れ方向を示している。また、矢印Ｚ１で示される方向は鉛直方向上方を示し、矢印Ｚ２で示される方向は鉛直方向下方を示している。
　ケース２１は、筒状に形成されている。外気流れ方向Ａの上流側におけるケース２１の一端部の上面には、車両１０のボンネット１１から外気を導入するための外気導入口２１０が形成されている。ケース２１には、その内部の空間を冷却通路２１１及び空調通路２１２に区画する区画壁２１３が形成されている。外気導入口２１０から導入される外気は冷却通路２１１及び空調通路２１２のそれぞれに導入される。外気流れ方向Ａの下流側におけるケース２１の他端部の上面には、冷却通路２１１及び空調通路２１２を車室外に連通させる車室外連通口２１４が形成されている。ケース２１の他端部の底面には、冷却通路２１１及び空調通路２１２を車室内に連通させる車室内連通口２１５が形成されている。ケース２１には、冷却側熱交換部２２、空調側熱交換部２４，２５、及び送風装置２３，２６が収容されている。
　なお、以下では、便宜上、外気導入口２１０において、冷却通路２１１に連通されている部分を「冷却側外気導入口２１０ａ」と称し、空調通路２１２に連通されている部分を「空調側外気導入口２１０ｂ」と称する。また、車室外連通口２１４において、冷却通路２１１に連通されている部分を「冷却側車室外連通口２１４ａ」と称し、空調通路２１２に連通されている部分を「空調側車室外連通口２１４ｂ」と称する。さらに、車室内連通口２１５において、冷却通路２１１に連通されている部分を「冷却側車室内連通口２１５ａ」と称し、空調通路２１２に連通されている部分を「空調側車室内連通口２１５ｂ」と称する。
　区画壁２１３には、冷却通路２１１の上流側の部分と空調通路２１２の上流側の部分とを連通する連通路２１６が形成されている。この連通路２１６により、冷却通路２１１と空調通路２１２との間で空気を流通させることが可能となっている。
　冷却側熱交換部２２及び第１送風装置２３は冷却通路２１１に配置されている。第１送風装置２３は、外気流れ方向Ａにおいて冷却側熱交換部２２よりも下流側に配置されている。第１送風装置２３は、冷却通路２１１を流れる空調空気を冷却側熱交換部２２に送風する。冷却側熱交換部２２の内部には冷却水が流れている。この冷却水は、車両１０のモータジェネレータやバッテリ、インバータ装置等の発熱体を循環することにより、発熱体を冷却する。冷却側熱交換部２２は、その内部を流れる冷却水と、その外部を流れる空調空気との間で熱交換を行うことにより冷却水を放熱して冷却する、いわゆるラジエータとして主に機能する。
　第１空調側熱交換部２４、第２空調側熱交換部２５、及び第２送風装置２６は空調通路２１２に配置されている。第２送風装置２６は、例えばシロッコファンであって、空調通路２１２を流れる空調空気を第１空調側熱交換部２４及び第２空調側熱交換部２５に送風する。第１空調側熱交換部２４及び第２空調側熱交換部２５は、外気流れ方向Ａにおける第２送風装置２６の下流側に配置されている。第１空調側熱交換部２４及び第２空調側熱交換部２５には、車両１０の空調装置に用いられるヒートポンプサイクルの熱媒体が流れている。第１空調側熱交換部２４は、その内部を流れる熱媒体と、その外部を流れる空調空気との間で熱交換を行うことにより空調空気を冷却する、いわゆるエバポレータとして主に機能する。第２空調側熱交換部２５は、外気流れ方向Ａにおいて第１空調側熱交換部２４よりも下流側に配置されている。第２空調側熱交換部２５は、その内部を流れる熱媒体と、その外部を流れる空調空気との間で熱交換を行うことにより空調空気を加熱する、いわゆるヒータコアとして主に機能する。本実施形態では、第１空調側熱交換部２４及び第２空調側熱交換部２５が空調側熱交換部に相当する。
　なお、図３は、熱交換モジュール２０の構造を模式的に示した図である。
　次に、図４を参照して、熱交換モジュール２０が用いられる熱交換システム３０について詳しく説明する。
　図４に示されるように、熱交換システム３０は、車両１０のモータジェネレータやバッテリ、インバータ装置を発熱体４１とするとき、発熱体４１を冷却するための冷却システム４０と、車両１０の空調装置に用いられるヒートポンプシステム５０とを備えている。
　冷却システム４０は、図２及び図３に示される熱交換モジュール２０の冷却側熱交換部２２に対して、発熱体４１と、第１水熱媒体熱交換部６１と、図２及び図３に示される熱交換モジュール２０の第２空調側熱交換部２５とが並列に接続された構造を有している。冷却システム４０では、冷却側熱交換部２２、発熱体４１、第１水熱媒体熱交換部６１、及び第２空調側熱交換部２５に冷却水が循環している。
　具体的には、冷却側熱交換部２２及び発熱体４１は環状流路Ｗ４０により接続されている。環状流路Ｗ４０における発熱体４１の上流側にはポンプ４２が設けられている。ポンプ４２は、環状流路Ｗ４０を流れる冷却水を吸入して圧送することにより、環状流路Ｗ４０において冷却水を循環させる。
　冷却システム４０には、環状流路Ｗ４０における冷却側熱交換部２２の上流側の部分と下流側の部分とを接続するように第１バイパス流路Ｗ４１が設けられている。第１バイパス流路Ｗ４１には第２空調側熱交換部２５が配置されている。第２空調側熱交換部２５は第１バイパス流路Ｗ４１により発熱体４１に対して並列に接続されている。環状流路Ｗ４０と第１バイパス流路Ｗ４１との２箇所の接続部分には、それらの流路Ｗ４０，Ｗ４１の接続状態を切り替える三方弁等の切替弁４５０，４５１がそれぞれ設けられている。
　冷却システム４０には、第１バイパス流路Ｗ４１における第２空調側熱交換部２５の上流側の部分と下流側の部分とを接続するように第２バイパス流路Ｗ４２が設けられている。第２バイパス流路Ｗ４２には第１水熱媒体熱交換部６１が設けられている。第１水熱媒体熱交換部６１は第２バイパス流路Ｗ４２により発熱体４１及び第２空調側熱交換部２５に対して並列に接続されている。第１水熱媒体熱交換部６１は、冷却システム４０を循環する冷却水と、ヒートポンプシステム５０を循環する熱媒体との間で熱交換を行う部分である。第２バイパス流路Ｗ４２にはポンプ４３が設けられている。ポンプ４３は、第２バイパス流路Ｗ４２を流れる冷却水を吸入して圧送することにより、第２バイパス流路Ｗ４２に冷却水を循環させる。第１バイパス流路Ｗ４１と第２バイパス流路Ｗ４２との２箇所の接続部分には、それらの流路Ｗ４１，Ｗ４２の接続状態を切り替える三方弁等の切替弁４５２，４５３がそれぞれ設けられている。
　冷却システム４０には、環状流路Ｗ４０におけるポンプ４２の上流側の部分と発熱体４１の下流側の部分とを接続するように第３バイパス流路Ｗ４３が設けられている。第３バイパス流路Ｗ４３にはポンプ４４及び第２水熱媒体熱交換部６２が配置されている。第２水熱媒体熱交換部６２は、冷却システム４０を循環する冷却水と、ヒートポンプシステム５０を循環する熱媒体との間で熱交換を行う部分である。ポンプ４４は、第３バイパス流路Ｗ４３を流れる冷却水を吸入して圧送することにより、第３バイパス流路Ｗ４３に冷却水を循環させる。環状流路Ｗ４０と第３バイパス流路Ｗ４３との２箇所の接続部分には、それらの流路Ｗ４０，Ｗ４３の接続状態を切り替える三方弁等の切替弁４５４，４５５がそれぞれ設けられている。
　冷却システム４０では、基本的には、冷却側熱交換部２２により冷却された冷却水が発熱体４１を循環することにより発熱体４１が冷却される。また、冷却システム４０では、切替弁４５０～４５５により流路の接続状態を切り替えることにより、冷却側熱交換部２２と水熱媒体熱交換部６１，６２との間で冷却水を循環させたり、発熱体４１と水熱媒体熱交換部６１，６２との間で冷却水を循環させたりすることも可能となっている。
　ヒートポンプシステム５０は、第１空調側熱交換部２４と、圧力調整弁５１と、コンプレッサ５２と、第１膨張弁５３と、第２膨張弁５４と、第１水熱媒体熱交換部６１と、第２水熱媒体熱交換部６２とを備えている。第１空調側熱交換部２４、圧力調整弁５１、コンプレッサ５２、第１水熱媒体熱交換部６１、及び第１膨張弁５３は環状流路Ｗ５０により環状に接続されている。環状流路Ｗ５０には熱媒体が循環している。
　コンプレッサ５２は、環状流路Ｗ５０を流れる熱媒体を吸入して圧縮することにより高温及び高圧の気相熱媒体を吐出し、環状流路Ｗ５０において熱媒体を循環させる。コンプレッサ５２から吐出される高温及び高圧の気相熱媒体は環状流路Ｗ５０を通じて第１水熱媒体熱交換部６１に流入する。
　第１水熱媒体熱交換部６１では、コンプレッサ５２から吐出される高温及び高圧の気相熱媒体と、冷却システム４０を循環する冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に放出されて熱媒体が凝縮する。第１水熱媒体熱交換部６１において凝縮された高圧の液相熱媒体は環状流路Ｗ５０を通じて第１膨張弁５３に流入する。
　第１膨張弁５３は、第１水熱媒体熱交換部６１から吐出される高圧の液相熱媒体を膨張させて減圧させる。第１膨張弁５３により減圧させられた低圧の液相熱媒体は環状流路Ｗ５０を通じて第１空調側熱交換部２４に流入する。
　第１空調側熱交換部２４では、第１膨張弁５３から吐出される低圧の液相熱媒体と空調空気との間で熱交換が行われることにより、熱媒体が空調空気の熱を吸収して空調空気が冷却される。空調空気の熱を吸収することにより蒸発した低温の気相熱媒体は、第１空調側熱交換部２４から圧力調整弁５１に流れることにより圧力が調整された後、コンプレッサ５２に吸入される。
　このように、ヒートポンプシステム５０では、環状流路Ｗ５０を熱媒体が循環している場合、空調空気を冷却する、いわゆる冷凍サイクルとして動作する。
　一方、ヒートポンプシステム５０には、環状流路Ｗ５０における第１水熱媒体熱交換部６１の下流側の部分とコンプレッサ５２の上流側の部分とを接続するようにバイパス流路Ｗ５１が設けられている。バイパス流路Ｗ５１には第２膨張弁５４及び第２水熱媒体熱交換部６２が設けられている。環状流路Ｗ５０とバイパス流路Ｗ５１との２箇所の接続部分には、それらの流路Ｗ５０，Ｗ５１の接続状態を切り替える三方弁等の切替弁５５０，５５１が設けられている。切替弁５５０，５５１は、例えばバイパス流路Ｗ５１に熱媒体が流れずに、且つ環状流路Ｗ５０のみに熱媒体が流れるような流路を構成する。これにより、上述のようにヒートポンプシステム５０は冷凍サイクルとして駆動することが可能である。
　また、切替弁５５０，５５１は、第１膨張弁５３及び第１空調側熱交換部２４に熱媒体が流れずに、且つコンプレッサ５２、第１水熱媒体熱交換部６１、及びバイパス流路Ｗ５１に熱媒体が流れるような流路を構成する。
　このような流路が形成された場合、第２膨張弁５４は、第１水熱媒体熱交換部６１から吐出される高圧の液相熱媒体を膨張させて減圧させる。第２膨張弁５４により減圧させられた低圧の液相熱媒体はバイパス流路Ｗ５１を通じて第２水熱媒体熱交換部６２に流入する。
　第２水熱媒体熱交換部６２では、第２膨張弁５４から吐出される低圧の液相熱媒体と、冷却システム４０の第３バイパス流路Ｗ４３を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、冷却水の熱が熱媒体に吸収される。冷却水の熱を吸収することにより蒸発した低圧の気相熱媒体は、コンプレッサ５２に吸入される。
　コンプレッサ５２は、第２水熱媒体熱交換部６２から吐出される低圧の気相熱媒体を吸入して圧縮することにより、高温及び高圧の気相熱媒体を吐出する。コンプレッサ５２から吐出される高温及び高圧の気相熱媒体は第１水熱媒体熱交換部６１に流入する。
　第１水熱媒体熱交換部６１では、コンプレッサ５２から吐出される高温及び高圧の気相熱媒体と、冷却システム４０の第２バイパス流路Ｗ４２を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に吸収される。この熱媒体の熱を吸収した冷却水を、冷却システム４０の第２空調側熱交換部２５に流すことにより、第２空調側熱交換部２５において空調空気を加熱することが可能となる。
　このようにヒートポンプシステム５０では、空調空気の冷却及び加熱を共に行うことができる。
　図５に示されるように、熱交換システム３０は、各システム４０，５０を制御する制御装置７０を備えている。制御装置７０は、ＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置７０は、メモリに予め記憶されているプログラムを実行することにより、各システム４０，５０を制御するための各種処理を実行する。
　具体的には、制御装置７０には、温度センサ７１，７２及び操作部７３の出力信号が取り込まれている。温度センサ７１は、発熱体４１の温度を検出するとともに、検出された発熱体４１の温度に応じた信号を制御装置７０に出力する。温度センサ７２は、冷却側熱交換部２２の温度を検出するとともに、検出された冷却側熱交換部２２の温度に応じた信号を制御装置７０に出力する。操作部７３は、車両１０の乗員により操作される部分である。操作部７３では、例えば車室内の暖房及び冷房のいずれを行うかを選択する操作や、車室内の設定温度を選択する操作等を行うことが可能となっている。操作部７３は、乗員の操作に応じた信号を制御装置７０に出力する。
　冷却システム４０にはドア部材４６０～４６２が設けられている。ドア部材４６０～４６２は、図２及び図３に示される冷却通路２１１の冷却側外気導入口２１０ａ、冷却側車室外連通口２１４ａ、及び冷却側車室内連通口２１５ａをそれぞれ開閉する。ヒートポンプシステム５０にはドア部材５６０～５６２が設けられている。ドア部材５６０～５６２は、図２及び図３に示される空調通路２１２の空調側外気導入口２１０ｂ、空調側車室外連通口２１４ｂ、及び空調側車室内連通口２１５ｂをそれぞれ開閉する。さらに、熱交換システム３０には、図２及び図３に示される連通路２１６を開閉するためのドア部材３１が設けられている。なお、ドア部材４６０～４６２，５６０～５６２，３１は熱交換モジュール２０の構成要素である。
　制御装置７０は、温度センサ７１，７２及び操作部７３のそれぞれの出力信号により、発熱体４１の温度、冷却側熱交換部２２の温度、及び操作部７３に対する乗員の操作等に応じて、冷却システム４０の各構成要素、ヒートポンプシステム５０の各構成要素、並びにドア部材３１を制御する。これにより、制御装置７０は、各システム４０，５０を、発熱体冷却モード、発熱体冷却・冷房モード、暖房モード、並びに着霜抑制モードのいずれかのモードで駆動させる。
　次に、各モードの詳細について図６～図１３を参照して説明する。なお、図６、図８、図１０、及び図１２では、冷却水又は熱媒体が流れている流路が実線で示され、冷却水又は熱媒体が流れていない流路が破線で示されている。また、図７、図９、図１１、及び図１３では、外気導入口２１０、車室外連通口２１４、車室内連通口２１５、及び連通路２１６のうち、閉状態となっている部分が点ハッチングで図示されている。さらに、図７、図９、図１１、及び図１３では、空気の流れ方向が矢印で示されている。
　＜発熱体冷却モード＞
　発熱体冷却モードは、発熱体４１の冷却を行うモードである。例えば、制御装置７０は、発熱体４１の温度が所定温度以上になることに基づいて、各システム４０，５０を発熱体冷却モードで動作させる。発熱体冷却モードでは、各システム４０，５０において図６に示されるような冷却水の流路及び熱媒体の流路が形成される。
　図６に示されるように、制御装置７０は、発熱体４１、冷却側熱交換部２２、及び第２空調側熱交換部２５に冷却水が流れ、且つ第１水熱媒体熱交換部６１及び第２水熱媒体熱交換部６２に冷却水が流れないように切替弁４５０～４５５の開閉状態を切り替える。また、制御装置７０は、ポンプ４２を駆動させるとともに、ポンプ４３を停止させる。さらに、制御装置７０は、ヒートポンプシステム５０のコンプレッサ５２を停止させることにより、ヒートポンプシステム５０において熱媒体を循環させない。
　また、図７に示されるように、制御装置７０は、冷却側外気導入口２１０ａ、空調側外気導入口２１０ｂ、冷却側車室外連通口２１４ａ、及び空調側車室外連通口２１４ｂが開状態となり、且つ冷却側車室内連通口２１５ａ、空調側車室内連通口２１５ｂ、及び連通路２１６が閉状態となるように各ドア部材４６０～４６２，５６０～５６２，３１を制御する。さらに、制御装置７０は送風装置２３，２６を駆動させる。これにより、冷却通路２１１では、冷却側外気導入口２１０ａから導入された外気が冷却側熱交換部２２を通過した後、冷却側車室外連通口２１４ａから車室外に排出される。また、空調通路２１２では、空調側外気導入口２１０ｂから導入された外気が第２空調側熱交換部２５を通過した後、空調側車室外連通口２１４ｂから車室外に排出される。
　図７に示されるような空気の流れが形成されることにより、冷却側熱交換部２２では、その内部を流れる冷却水と、冷却通路２１１を流れる外気との間で熱交換が行われることにより、冷却水が冷却される。また、第２空調側熱交換部２５では、その内部を流れる冷却水と、空調通路２１２を流れる外気との間で熱交換が行われることにより、冷却水が冷却される。これを利用し、発熱体冷却モードでは、図６に示されるように、発熱体４１の熱を吸収した冷却水を冷却側熱交換部２２だけでなく第２空調側熱交換部２５に流すことにより、冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５の両方で冷却水を放熱させるようにしている。すなわち、発熱体冷却モードでは、冷却側熱交換部２２を第１のラジエータとすると、第２空調側熱交換部２５が第２のラジエータとして機能する。これにより、冷却側熱交換部２２のみで冷却水を放熱する場合と比較すると、冷却側熱交換部２２に要求される放熱量を少なくすることができるため、冷却側熱交換部２２を小型化したり、冷却側熱交換部２２において熱交換が行われる部分の枚数を少なくしたりすることが可能である。冷却システム４０では、冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５により冷却された冷却水が発熱体４１を循環することにより、発熱体４１が冷却される。
　以上のように、発熱体冷却モードは、発熱体４１の冷却のみを行うモードである。
　＜発熱体冷却・冷房モード＞
　発熱体冷却・冷房モードは、発熱体４１の冷却及び車室内の冷房を行うモードである。例えば、制御装置７０は、発熱体４１の温度が所定温度以上であって、且つ操作部７３により車室内の冷房が選択されている場合に、各システム４０，５０を発熱体冷却・冷房モードで動作させる。なお、制御装置７０は、車室内の温度と、操作部７３により設定される車室内の目標温度との偏差等に基づいて、車室内の冷房を自動的に実行する際に、各システム４０，５０を発熱体冷却・冷房モードで動作させてもよい。発熱体冷却・冷房モードでは、各システム４０，５０において図８に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
　図８に示されるように、制御装置７０は、発熱体４１、冷却側熱交換部２２、第１水熱媒体熱交換部６１、及び第２空調側熱交換部２５に冷却水が流れ、第２水熱媒体熱交換部６２に冷却水が流れないように切替弁４５０～４５５の開閉状態を切り替える。また、制御装置７０は、冷却システム４０のポンプ４２，４３を駆動させる。さらに、制御装置７０は、コンプレッサ５２、第１水熱媒体熱交換部６１、第１膨張弁５３、第１空調側熱交換部２４、及び圧力調整弁５１に熱媒体が流れ、且つ第２水熱媒体熱交換部６２に熱媒体が流れないように切替弁５５０，５５１の開閉状態を切り替えるとともに、コンプレッサ５２を駆動させる。
　また、図９に示されるように、制御装置７０は、冷却側外気導入口２１０ａ、空調側外気導入口２１０ｂ、冷却側車室外連通口２１４ａ、空調側車室外連通口２１４ｂ、及び空調側車室内連通口２１５ｂが開状態となり、且つ冷却側車室内連通口２１５ａ及び連通路２１６が閉状態となるように各ドア部材４６０～４６２，５６０～５６２，３１を制御する。また、制御装置７０は送風装置２３，２６を駆動させる。これにより、冷却通路２１１では、冷却側外気導入口２１０ａから導入された外気が冷却側熱交換部２２を通過した後、冷却側車室外連通口２１４ａから車室外に排出される。また、空調通路２１２では、空調側外気導入口２１０ｂから導入された外気が第１空調側熱交換部２４及び第２空調側熱交換部２５を通過した後、空調側車室外連通口２１４ｂ及び空調側車室内連通口２１５ｂから車室内及び車室外にそれぞれ排出される。
　図９に示されるような空気の流れが形成されることにより、冷却側熱交換部２２では、その内部を流れる冷却水と、冷却通路２１１を流れる外気との間で熱交換が行われることにより、冷却水が冷却される。また、第２空調側熱交換部２５では、その内部を流れる冷却水と、空調通路２１２を流れる外気との間で熱交換が行われることにより、冷却水が冷却される。図８に示されるように、発熱体冷却・冷房モードでは、発熱体４１の熱を吸収した冷却水が冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５に流れることにより、冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５の両方で冷却水が放熱される。したがって、発熱体冷却・冷房モードでは、発熱体冷却モードと同様に、冷却側熱交換部２２を第１のラジエータとすると、第２空調側熱交換部２５が第２のラジエータとして機能する。冷却システム４０では、冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５により冷却された冷却水が発熱体４１を循環することにより、発熱体４１の冷却が可能となっている。
　一方、図８に示されるように、冷却側熱交換部２２及び第２空調側熱交換部２５において冷却された冷却水は第１水熱媒体熱交換部６１に流れる。第１水熱媒体熱交換部６１では、コンプレッサ５２により圧縮された高温及び高圧の気相熱媒体と冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に吸収されて、熱媒体が凝縮する。このように、ヒートポンプシステム５０では、第１水熱媒体熱交換部６１が実質的にコンデンサとして機能する。第１水熱媒体熱交換部６１において凝縮された高圧の液相熱媒体は第１膨張弁５３を通じて減圧されることにより低圧の液相熱媒体となった後、第１空調側熱交換部２４に流入する。図９に示されるように、第１空調側熱交換部２４では、その内部を流れる低圧の液相熱媒体と、空調通路２１２を流れる外気との間で熱交換が行われることにより、外気が冷却される。このように、ヒートポンプシステム５０では、第１空調側熱交換部２４がエバポレータとして機能する。第１空調側熱交換部２４において冷却された外気は、空調空気として、空調側車室内連通口２１５ｂを通じて車室内に導入されることにより、車室内の冷房が行われる。したがって、ヒートポンプシステム５０は冷凍サイクルとして動作する。
　以上のように、発熱体冷却・冷房モードは、発熱体４１の冷却、並びに車室内の冷房の両方を行うモードである。
　＜暖房モード＞
　暖房モードは、車室内の暖房を行うモードである。例えば、制御装置７０は、操作部７３により車室内の暖房が選択されている場合に、各システム４０，５０を暖房モードで動作させる。なお、制御装置７０は、車室内の温度と、操作部７３により設定される車室内の目標温度との偏差等に基づいて、車室内の暖房を自動的に実行する際に、各システム４０，５０を発熱体冷却・冷房モードで動作させてもよい。暖房モードでは、各システム４０，５０において図１０に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
　図１０に示されるように、制御装置７０は、冷却側熱交換部２２と第２水熱媒体熱交換部６２との間を冷却水が循環し、且つ第１水熱媒体熱交換部６１と第２空調側熱交換部２５との間を冷却水が循環するように切替弁４５０～４５５の開閉状態を切り替える。また、制御装置７０は、冷却システム４０のポンプ４２，４３を駆動させる。さらに、制御装置７０は、コンプレッサ５２、第１水熱媒体熱交換部６１、第２膨張弁５４、及び第２水熱媒体熱交換部６２に熱媒体が流れ、且つ第１空調側熱交換部２４に熱媒体が流れないように切替弁５５０，５５１の開閉状態を切り替えるとともに、コンプレッサ５２を駆動させる。
　また、図１１に示されるように、制御装置７０は、冷却側車室内連通口２１５ａ、空調側車室内連通口２１５ｂ、及び連通路２１６が開状態となり、且つ冷却側外気導入口２１０ａ、空調側外気導入口２１０ｂ、冷却側車室外連通口２１４ａ、及び空調側車室外連通口２１４ｂが閉状態となるように各ドア部材４６０～４６２，５６０～５６２，３１を制御する。さらに、制御装置７０は第１送風装置２３を停止させ、且つ第２送風装置２６を駆動させる。これにより、冷却側車室内連通口２１５ａから導入される車室内の空気が冷却通路２１１、連通路２１６、空調通路２１２を順に通過した後、空調側車室内連通口２１５ｂから車室内へと流れるようになる。なお、第１送風装置２３が逆転可能である場合には、制御装置７０は第１送風装置２３を駆動させてもよい。以下では、車室内の空気を「内気」と称する。
　図１１に示されるような空気の流れが形成されることにより、冷却側熱交換部２２では、その内部を流れる冷却水と、冷却通路２１１を流れる内気との間で熱交換が行われることにより、内気の熱が冷却水に吸収される。内気の熱を吸収した冷却水は、図１０に示されるように第２水熱媒体熱交換部６２に流れる。第２水熱媒体熱交換部６２には、第２膨張弁５４により減圧された低圧の液相熱媒体が流れている。第２水熱媒体熱交換部６２では、内気の熱を吸収した冷却水と、低圧の液相熱媒体との間で熱交換が行われることにより、液相熱媒体が冷却水の熱を吸収して蒸発する。よって、ヒートポンプシステム５０では、第２水熱媒体熱交換部６２が実質的にエバポレータとして機能する。
　図１０に示されるように、第２水熱媒体熱交換部６２において蒸発した低圧の気相熱媒体はコンプレッサ５２により圧縮されることにより高温及び高圧の気相熱媒体となった後、第１水熱媒体熱交換部６１に流入する。第１水熱媒体熱交換部６１では、コンプレッサ５２により圧縮された高温及び高圧の気相熱媒体と冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に吸収される。したがって、ヒートポンプシステム５０では、第１水熱媒体熱交換部６１が実質的にコンデンサとして機能する。熱媒体の熱を吸収することにより加熱された冷却水は第２空調側熱交換部２５に流れる。図１１に示されるように、第２空調側熱交換部２５では、空調通路２１２を流れる内気と冷却水との間で熱交換が行われることにより、内気が加熱される。よって、第２空調側熱交換部２５は、空調空気を加熱するヒータコアとして機能する。第２空調側熱交換部２５において加熱された内気が空調側車室内連通口２１５ｂを通じて車室内に流れることにより、車室内を暖房することができる。
　このように、暖房モードは、車室内の暖房を行うモードである。
　＜着霜抑制モード＞
　着霜抑制モードは、暖房モードで動作している際に冷却側熱交換部２２への霜の付着を未然に防止するためのモードである。例えば、制御装置７０は、暖房モードで動作している際に温度センサ７２により冷却側熱交換部２２の温度を監視しており、冷却側熱交換部２２の温度が第１所定温度以下になることに基づいて暖房モードから着霜抑制モードに移行する。第１所定温度は、冷却側熱交換部２２に実際に霜が付着する温度よりも若干高い温度に設定されている。また、制御装置７０は、着霜抑制モードを実行した後、冷却側熱交換部２２の温度が第２所定温度よりも高くなることに基づいて、あるいは着霜抑制モードを所定時間だけ実行することに基づいて、着霜抑制モードから暖房モードに移行する。第２所定温度は第１所定温度よりも高い温度である。このように、着霜抑制モードは、暖房モードの実行時に冷却側熱交換部２２への霜の付着の可能性が高くなった際に実行される。着霜抑制モードでは、各システム４０，５０において図１２に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
　図１２に示されるように、制御装置７０は、発熱体４１と冷却側熱交換部２２との間を冷却水が循環し、且つ第１水熱媒体熱交換部６１と第２空調側熱交換部２５との間を冷却水が循環するように切替弁４５０～４５５の開閉状態を切り替える。また、制御装置７０は、冷却システム４０のポンプ４２，４３を駆動させる。さらに、制御装置７０は、コンプレッサ５２、第１水熱媒体熱交換部６１、第１膨張弁５３、第１空調側熱交換部２４、及び圧力調整弁５１に熱媒体が流れ、且つ第２水熱媒体熱交換部６２に熱媒体が流れないように切替弁５５０，５５１の開閉状態を切り替えるとともに、コンプレッサ５２を駆動させる。
　また、図１３に示されるように、制御装置７０は、冷却側車室内連通口２１５ａ、空調側車室内連通口２１５ｂ、及び連通路２１６が開状態となり、冷却側外気導入口２１０ａ、空調側外気導入口２１０ｂ、冷却側車室外連通口２１４ａ、及び空調側車室外連通口２１４ｂが閉状態となるように各ドア部材４６０～４６２，５６０～５６２，３１を制御する。さらに、制御装置７０は第１送風装置２３を停止させ、且つ第２送風装置２６を駆動させる。これにより、冷却側車室内連通口２１５ａから導入される車室内の空気が冷却通路２１１、連通路２１６、空調通路２１２を順に通過した後、空調側車室内連通口２１５ｂから車室内へと流れるようになる。なお、第１送風装置２３が逆転可能である場合には、制御装置７０は第１送風装置２３を駆動させてもよい。
　図１２に示されるように発熱体４１と冷却側熱交換部２２との間を冷却水が循環することにより、発熱体４１の熱を吸収した冷却水が冷却側熱交換部２２に流れるため、冷却側熱交換部２２の温度を上昇させることができる。そのため、冷却側熱交換部２２への霜の付着が未然に防止される。
　一方、第１空調側熱交換部２４には、第１膨張弁５３により減圧された低圧の液相熱媒体が流れている。図１３に示されるように、第１空調側熱交換部２４では、その内部を流れる低圧の液相熱媒体と、空調通路２１２を流れる内気との間で熱交換が行われることにより、熱媒体が内気の熱を吸収して蒸発する。よって、着霜抑制モードでは、第１空調側熱交換部２４が実質的にエバポレータとして機能する。
　図１２に示されるように、第１空調側熱交換部２４において蒸発した低圧の気相熱媒体は、圧力調整弁５１を通じてコンプレッサ５２へと流れ、コンプレッサ５２により圧縮されることにより高温及び高圧の気相熱媒体となった後、第１水熱媒体熱交換部６１に流入する。第１水熱媒体熱交換部６１では、コンプレッサ５２により圧縮された高温及び高圧の気相熱媒体と冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に吸収される。したがって、ヒートポンプシステム５０では、第１水熱媒体熱交換部６１が実質的にコンデンサとして機能する。熱媒体の熱を吸収することにより加熱された冷却水は第２空調側熱交換部２５に流れる。図１３に示されるように、第２空調側熱交換部２５では、空調通路２１２を流れる内気と冷却水との間で熱交換が行われることにより、内気が加熱される。よって、第２空調側熱交換部２５は、空調空気を加熱するヒータコアとして機能する。第２空調側熱交換部２５において加熱された内気が空調側車室内連通口２１５ｂを通じて車室内に流れることにより、車室内を暖房することができる。
　このように、着霜抑制モードは、車室内の暖房を行いつつ、冷却側熱交換部２２の着霜を未然に防止するモードである。
　以上説明した本実施形態の熱交換モジュール２０によれば、以下の（１）～（９）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（１）熱交換モジュール２０のケース２１には、外気を冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５に導入するための共通の外気導入口２１０が形成されている。この構成によれば、ケース２１に冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５が共に配置されているため、ケース２１の外部に冷却側熱交換部２２が配置されて、且つケース２１の内部に第１空調側熱交換部２４が配置されている構成と比較すると、搭載性を向上させることができる。さらに、ケース２１には、冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５に共通する外気導入口２１０が形成されているため、冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５のそれぞれに対応する外気導入口を別々に備える構成と比較すると、搭載性を向上させることができる。
　（２）ケース２１には、外気導入口２１０から導入される外気を冷却側熱交換部２２に導く冷却通路２１１と、外気導入口２１０から導入される外気を空調側熱交換部２４，２５に導く空調通路２１２とが設けられている。この構成によれば、冷却通路２１１を流れる空気と、空調通路２１２を流れる空気とが混入することがないため、冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５の熱交換性能の低下を抑制することができる。
　（３）ケース２１には、冷却通路２１１と空調通路２１２とが一体的に形成されている。この構成によれば、冷却通路２１１と空調通路２１２とが分離して設けられている場合と比較すると、搭載性を向上させることができる。
　（４）ケース２１には、冷却通路２１１において冷却側熱交換部２２よりも下流側であって、且つ空調通路２１２において空調側熱交換部２４，２５よりも下流側に車室外連通口２１４が形成されている。車室外連通口２１４は、冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５を通過した空気を、車室内とは異なる場所である車室外に排出する排出口として機能する。この構成によれば、冷却側熱交換部２２だけでなく空調側熱交換部２４，２５をラジエータとして機能させることが可能となる。
　（５）ケース２１には、冷却通路２１１における冷却側熱交換部２２よりも上流側の部分と、空調通路２１２における空調側熱交換部２４，２５よりも上流側の部分とを連通させる連通路２１６が形成されている。本実施形態では、連通路２１６が連通部に相当する。この構成によれば、図１１及び図１３に示されるような空気の流れを形成することが可能であるため、車室内の暖房が可能となる。また、冷却側熱交換部２２が内気から吸熱できるため、内気よりも低温な外気から吸熱する場合と比較すると、冷却側熱交換部２２の吸熱効率を高めることができる。また、冷却側熱交換部２２の吸熱効率が高められることにより、冷却側熱交換部２２が着霜するまでの時間を延長することができる。
　（６）熱交換モジュール２０は、連通路２１６を開閉するドア部材３１を更に備えている。本実施形態では、ドア部材３１が、連通部を開閉する開閉部に相当する。この構成によれば、発熱体冷却モードや発熱体冷却・冷房モードの実行の際には、連通路２１６を閉じることができるため、冷却通路２１１を流れる空気と、空調通路２１２を流れる空気との混入を回避することができる。そのため、冷却側熱交換部２２及び空調側熱交換部２４，２５の熱交換性能の低下を抑制することができる。
　（７）空調側熱交換部には、エバポレータとして機能する第１空調側熱交換部２４と、ヒータコアとして機能する第２空調側熱交換部２５とが含まれている。この構成によれば、車室内の冷房及び暖房を選択的に行うことが可能となる。
　（８）送風装置２３，２６は、冷却通路２１１及び空調通路２１２のそれぞれに配置されている。この構成によれば、冷却通路２１１及び空調通路２１２のそれぞれの風量を制御することが可能となる。
　（９）外気導入口２１０は車両１０のボンネット１１に設けられている。この構成によれば、熱交換モジュール２０に外気を容易に導入することが可能となる。
　（変形例）
　次に、熱交換モジュール２０の変形例について説明する。
　図１４に示されるように、本変形例の熱交換モジュール２０は、車両１０のボンネット１１の上部における車両後方側の部分に配置されている。図１５に示されるように、熱交換モジュール２０のケース２１の内部には、外気流れ方向Ａの中央部から後方側に延びるように区画壁２１３が設けられている。この区画壁２１３により冷却通路２１１と空調通路２１２とが区画されて形成されている。
　ケース２１の内部における区画壁２１３よりも上流側の部分には送風装置２７が配置されている。送風装置２７は、ケース２１の外気導入口２１０から導入される外気を冷却通路２１１及び空調通路２１２にそれぞれ送風する。
　冷却通路２１１には、第１冷却側熱交換部８１と、第２冷却側熱交換部８２とが配置されている。第１冷却側熱交換部８１は、発熱体４１の冷却水を冷却するラジエータとして機能する。第２冷却側熱交換部８２は、車両の空調装置に用いられる冷凍サイクルのコンデンサとして機能する。冷却通路２１１の下流側には車室外連通口２１４が設けられている。したがって、第１冷却側熱交換部８１及び第２冷却側熱交換部８２を通過した外気は車室外連通口２１４を通じて車室外に排出される。
　空調通路２１２には、空調側熱交換部８３が配置されている。空調側熱交換部８３は、車両の空調装置に用いられる冷凍サイクルのエバポレータとして機能する。空調通路２１２の下流側の部分には車室内連通口２１５が設けられている。したがって、空調側熱交換部８３において冷却された空調空気は車室内連通口２１５を通じて車室内に導入される。これにより、車室内の冷房が可能となる。
　本変形例の熱交換モジュール２０によれば、発熱体４１の冷却及び車室内の冷房を行うことが可能であるとともに、搭載性を向上させることが可能となる。
　なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
　・図１６に示されるように、熱交換モジュール２０は、車室内の空気を導入する内気導入口２８と、内気導入口２８から導入される内気を空調通路２１２における第２送風装置２６よりも上流側の部分に導く内気通路２９と、内気通路２９及び空調通路２１２を連通させる連通路２９０と、連通路２９０を開閉させるドア部材とを更に備えるものであってもよい。この構成によれば、例えば発熱体冷却・冷房モードにおいて、空調側外気導入口２１０ｂに代えて、内気導入口２８から内気を導入することにより、いわゆる内気循環モードを実現することが可能となる。
　・制御装置７０は、冷却側熱交換部２２が実際に着霜した際に着霜抑制モードを実行してもよい。
　・ケース２１には、冷却側外気導入口２１０ａと空調側外気導入口２１０ｂとが分離して設けられていてもよい。また、ケース２１には、冷却通路２１１と空調通路２１２とが分離して設けられていてもよい。
　・ケース２１には、冷却通路２１１及び空調通路２１２が離間して設けられていてもよい。
　・車室外連通口２１４は、車室外とは別の場所、例えばモータジェネレータが設けられるモータルームや、内燃機関が設けられるエンジンルーム等に空気を排出する部分であってもよい。
　・外気導入口２１０は、ボンネット１１に限らず、例えば車両１０のフロントや床下から外気を導入する部分であってもよい。
　・熱交換モジュール２０は、冷却通路２１１及び空調通路２１２に共通する一つの送風装置を有するものであってもよい。
　・ケース２１の内部で冷却通路２１１及び空調通路２１２が区画して形成されていれば、外気導入口２１０及び車室外連通口２１４は区画壁２１３により区画されていなくてもよい。
　・ヒータコアとして機能する第２空調側熱交換部２５に代えて、空気加熱式ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを用いてもよい。
　・ケース２１には区画壁２１３が設けられていなくてもよい。すなわち、冷却通路２１１及び空調通路２１２は分かれて形成されていなくてもよい。
　・ヒートポンプシステム５０は、空調空気の冷却を行う冷凍サイクルとしてのみ動作するものであってもよい。この場合、暖房モードや着霜抑制モードの実行が不要となるため、ケース２１には連通路２１６が形成されていなくてもよい。
　・熱交換モジュール２０は、車両１０の走行風を外気として導入するものに限らず、例えば車両１０が充電している状態や信号待ちしている状態等、車両１０の停車中に送風装置２３,２６を駆動させることにより外気を導入するものであってもよい。
　・車両１０は、電気自動車に限らず、内燃機関の動力により走行するエンジン車両や、電動機及び内燃機関のそれぞれの動力により走行するハイブリッド車両であってもよい。なお、エンジン車両では内燃機関が発熱体となる。また、ハイブリッド車両では、電動機に電力を供給するバッテリや、内燃機関が発熱体となる。
　・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (10)

  1. 　車両（１０）の発熱体（４１）を冷却するための冷却水が内部を流れ、冷却水と空気との間で熱交換を行う冷却側熱交換部（２２，８１，８２）と、
    　熱媒体が内部を流れ、車室内の空調を行うための空調空気と熱媒体との間で熱交換を行う空調側熱交換部（２４，２５，８３）と、
    　前記冷却側熱交換部、及び前記空調側熱交換部に空気を送風する送風装置（２３，２６，２７）と、
    　前記冷却側熱交換部、前記空調側熱交換部、及び前記送風装置が収容されるケース（２１）と、を備える
    　熱交換モジュール。
  2. 　前記ケースには、前記車両の外部の空気である外気を前記冷却側熱交換部及び前記空調側熱交換部に導入するための前記ケースに共通の外気導入口（２１０）が形成されている
    　請求項１に記載の熱交換モジュール。
  3. 　前記ケースには、前記外気導入口から導入される外気を前記冷却側熱交換部に導く冷却通路（２１１）と、前記外気導入口から導入される外気を前記空調側熱交換部に導く空調通路（２１２）とが設けられている
    　請求項２に記載の熱交換モジュール。
  4. 　前記ケースには、前記冷却通路と前記空調通路とが一体的に形成されている
    　請求項３に記載の熱交換モジュール。
  5. 　前記ケースには、前記冷却通路において前記冷却側熱交換部よりも下流側であって、且つ前記空調通路において前記空調側熱交換部よりも下流側に排出口（２１４）が形成され、
    　前記排出口は、前記冷却側熱交換部及び前記空調側熱交換部を通過した空気を、車室内とは異なる場所に排出する
    　請求項３又は４に記載の熱交換モジュール。
  6. 　前記ケースには、前記冷却通路における前記冷却側熱交換部よりも上流側の部分と、前記空調通路における前記空調側熱交換部よりも上流側の部分とを連通させる連通部（２１６）が形成されている
    　請求項３～５のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。
  7. 　前記連通部を開閉する開閉部（３１）を更に備える
    　請求項６に記載の熱交換モジュール。
  8. 　前記送風装置は、前記冷却通路及び前記空調通路のそれぞれに配置されている
    　請求項３～７のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。
  9. 　前記外気導入口は、前記車両のボンネット（１１）に設けられている
    　請求項２～８のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。
  10. 　前記空調側熱交換部には、空調空気を冷却することが可能な熱交換部（２４）と、空調空気を加熱することが可能な熱交換部（２５）とが含まれている
    　請求項１～９のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。
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