WO2022270593A1 - 熱媒体温調システム - Google Patents

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WO2022270593A1
WO2022270593A1 PCT/JP2022/025152 JP2022025152W WO2022270593A1 WO 2022270593 A1 WO2022270593 A1 WO 2022270593A1 JP 2022025152 W JP2022025152 W JP 2022025152W WO 2022270593 A1 WO2022270593 A1 WO 2022270593A1
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heat
heat medium
refrigerant
flow path
temperature control
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宣伯 清水
修 高沢
竜 宮腰
渉 岩▲崎▼
正亮 佐藤
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サンデン・アドバンストテクノロジー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat medium temperature control system equipped with a heat medium circuit.
  • a temperature control system equipped with a heat medium circuit forms an independent heat medium circuit according to the controlled temperature of a temperature control target, and is adjusted to a predetermined temperature by heat exchange with a heat source such as a heat pump. It circulates the heat medium. At this time, by providing a switching valve in the heat medium circuit and connecting the independent heat medium circuits in series, the temperature of the circulating heat medium is adjusted (see Patent Document 1 below).
  • An object of the present invention is to deal with such problems in a heat medium temperature control system. It is an object of the present invention to circulate and enable temperature control.
  • the heat medium temperature control system of the present invention has the following configuration.
  • a heat medium circuit for circulating a heat medium whose temperature is controlled by heat exchange with a heat source is provided, the heat medium circuit is provided with a pump for pumping the heat medium, and a plurality of temperature control targets that exchange heat with the temperature control targets.
  • a heat medium temperature control system comprising a heat exchanger, wherein the heat medium circuit forms a series flow path connecting the pump and the plurality of temperature control target heat exchangers in the event of a system abnormality.
  • Medium temperature control system Medium temperature control system.
  • the heat medium temperature control system with these features can maintain the serial flow path by forming a series flow path that connects the pump and multiple temperature control target heat exchangers even when a system abnormality occurs. It is possible to control the temperature of a large number of connected temperature control targets by means of a heat medium whose temperature is controlled.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example (switching valves V1 to V4 are in default states) of the heat medium temperature control system according to the embodiment of the present invention; Explanatory drawing of the flow-path switching apparatus in a heat-medium circuit. Explanatory diagrams showing switching states of the switching valves V1 to V4 ((a) is the default state, (b) is the non-default state). Explanatory diagrams showing switching states of switching valves V5 and V6 ((a) is the default state, (b) is the non-default state).
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example (switching valves V1 to V4 are in default states) of the heat medium temperature control system according to the embodiment of the present invention
  • Explanatory drawing of the flow-path switching apparatus in a heat-medium circuit Explanatory diagrams showing switching states of the switching valves V1 to V4 ((a) is the default state, (b) is the non-default state).
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of the heat medium temperature control system (switching valves V1 to V4 are in a non-default state) according to the embodiment of the present invention;
  • Explanatory drawing of a refrigerant circuit control apparatus Explanatory diagrams showing operation modes of the refrigerant circuit during abnormal operation ((a) and (d) are examples of two-step pressure reduction, (b) and (c) are examples of one-step pressure reduction)
  • Explanatory drawing showing the state of the air mix door of the indoor air conditioner at the time of abnormal operation ((a) is an example of blocking the upstream side of the heater core, (b) is an example of blocking the single air flow path of the cooler core).
  • a table summarizing abnormal operation modes and operation modes of the heat medium temperature control system.
  • the heat medium temperature control system 1 includes a heat medium circuit 100.
  • the heat medium temperature control system 1 constructs a heat management system for a vehicle such as an EV (Electric Vehicle).
  • the heat medium circuit 100 circulates a heat medium whose temperature is controlled by heat exchange with the refrigerant circuit 1U serving as a heat source.
  • the plurality of temperature-controlled heat exchangers are used to control the temperature of the heater core 51 and the cooler core 52 of the indoor air conditioner 50, and the temperature-controlled objects such as the battery, the inverter, the motor, and the power control unit. of heat exchangers 60, 61, 62, 63 for temperature control objects.
  • the heat medium circuit 100 also includes switching valves V1, V2, V3, V4, V5, and V6. As shown in FIG. 2, these switching valves V1 to V6, together with a control device 200 that controls switching of the switching valves V1 to V6, constitute a channel switching device 100A.
  • the flow path switching device 100A switches between the default state shown in FIGS. 3 and 4(a) and the non-default state shown in FIGS. 3 and 4(b) when switching the switching valves V1 to V6.
  • the default state is a state that is switched (returns to the initial state) when the system malfunctions.
  • the non-energized state of the flow path switching device 100A is the default state.
  • the switching valve V1 in the default state causes the heat medium flowing in from the flow path 110 to flow out to the flow path 112 side, and the heat medium flowing in from the flow path 102 to flow out to the flow path 111 side. Further, the switching valve V1 in the non-default state causes the heat medium flowing from the flow path 110 to flow toward the flow path 111 side, and the heat medium flowing from the flow path 102 side to flow toward the flow path 112 side.
  • the switching valve V2 in the default state causes the heat medium flowing in from the flow path 120 to flow out to the flow path 122 side, and the heat medium flowing in from the flow path 123 to flow out to the flow path 121 side. Further, the switching valve V2 in the non-default state causes the heat medium flowing in from the flow path 120 to flow out to the flow path 121 side, and the heat medium flowing in from the flow path 123 to flow out to the flow path 122 side.
  • the switching valve V3 in the default state causes the heat medium flowing in from the flow path 130 to flow out to the flow path 131 side, and the heat medium flowing in from the flow path 133 to flow out to the flow path 132 side. Further, the switching valve V3 in the non-default state causes the heat medium flowing in from the flow path 130 to flow out to the flow path 132 side, and the heat medium flowing in from the flow path 133 to flow out to the flow path 131 side.
  • the switching valve V4 in the default state causes the heat medium flowing in from the flow path 132 to flow out to the flow path 142 side, and the heat medium flowing in from the flow path 140 to flow out to the flow path 141 side. Further, the switching valve V4 in the non-default state causes the heat medium flowing in from the flow path 132 to flow out to the flow path 141 side, and the heat medium flowing in from the flow path 140 to flow out to the flow path 142 side.
  • the switching valve V5 in the default state allows the heat medium flowing in from the flow path 131 to flow out to the flow path 150 side, and the switching valve V5 in the non-default state allows the heat medium flowing in from the flow path 131 to pass through the flow path 150 without passing through the flow path 150. Flow through the flow path 151 to the confluence portion 150A. Further, the switching valve V6 in the default state allows the heat medium flowing in from the flow path 103 to flow out to the flow path 160 side, and the switching valve V6 in the non-default state allows the heat medium flowing in from the flow path 103 to flow to the flow path 160. flow through the flow path 161 to the confluence portion 161A.
  • the heat medium circuit 100 includes the pumps P1, P2, and P3 and a plurality of temperature control target heat exchangers (heater core 51, cooler core 52, temperature control target heat exchangers). 60, 61, 62, 63) are formed. That is, the heat medium circulating in the series flow path 100T in the heat medium medium circuit 100 includes a plurality of pumps P1, P2, and P3 and a plurality of temperature control target heat exchangers (heater core 51, cooler core 52, temperature control target heat It circulates through all the exchangers 60, 61, 62, 63).
  • the heat medium from the pump P1 enters the heater core 51 through the flow path 101 passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 11 in the refrigerant circuit 1U, and passes through the heater core 51.
  • the exiting heat medium enters the switching valve V1 via the flow path 110 .
  • the heat medium exiting the switching valve V1 enters the tank 6 through the flow path 112, and the heat medium exiting the tank 6 enters the switching valve V2 through the flow path 120.
  • the heat medium exiting the switching valve V2 enters the external heat exchanger 5 that exchanges heat with the outside air through the flow path 122, and the heat medium exiting the external heat exchanger 5 flows through the flow path 133 into the switching valve V2.
  • the heat medium entering V3 and exiting the switching valve V3 enters the switching valve V4 through the flow path 132, and the heat medium exiting the switching valve V4 enters the pump P3 through the flow path 142.
  • the heat medium exiting the pump P3 enters the switching valve V6 through the flow path 103 passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 13 in the refrigerant circuit 1U, and the heat medium exiting the switching valve V6 flows through the flow path 160.
  • the heat medium that has entered the cooler core 52 and exited the cooler core 52 enters the switching valve V4 via the flow path 140 .
  • the heat medium exiting the switching valve V4 enters the switching valve V2 through the flow path 141, the confluence portion 161A, and the flow path 123, and the heat medium exiting the switching valve V2 passes through the flow path 121, the battery temperature control temperature.
  • the heat medium exiting the switching valve V3 enters the switching valve V5 via the flow path 131 .
  • the heat medium exiting the switching valve V5 enters the pump P2 via the flow path 150 passing through the heat exchangers 63, 61, and 62 and the junction 150A.
  • the heat medium exiting the pump P2 enters the switching valve V1 through the flow path 102 passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 12 in the refrigerant circuit 1U. Then, the heat medium exiting the switching valve V1 returns to the pump P1 via the flow path 111. As shown in FIG.
  • the flow path 102 is provided with an auxiliary heat source 7 for heating the heat medium, if necessary.
  • the heat medium circuit 100 as shown in FIG. is formed, one of the pumps P1, P2, and P3 is provided for each independent circuit, and one of the heat exchangers to be temperature-controlled is provided for each independent circuit.
  • the heat medium exiting the pump P1 is pumped through the flow path 101, the heater core 51, the flow path 110, the switching valve V1, and the flow path 111 passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 11 of the refrigerant circuit 1U.
  • the heat medium discharged from the pump P2 passes through the refrigerant heat medium heat exchanger 12 of the refrigerant circuit 1U. , temperature control object heat exchanger 60, flow path 130, switching valve V3, flow path 132, switching valve V4, flow path 141, confluence portion 161A, flow path 123, switching valve V2, flow path 122, external heat exchange 5, the flow path 133, the switching valve V3, the flow path 131, the switching valve V5, the flow path 150 (heat exchangers 63, 61, 62 for temperature control objects), the second form an independent circuit of
  • the heat medium discharged from the pump P3 passes through the refrigerant heat medium heat exchanger 13 of the refrigerant circuit 1U, the flow path 103, the switching valve V6, the flow path 160, the cooler core 52, the flow path 140, the switching valve V4, and the flow path.
  • a third independent circuit is formed via 142 back to pump P3.
  • the refrigerant circuit 1U in FIG. 1 will be described.
  • the refrigerant circuit 1U includes a compressor 10 that compresses refrigerant, and a refrigerant circulation flow path that condenses, expands, and evaporates the refrigerant discharged from the compressor 10 and returns it to the compressor 10 .
  • a refrigerant heat medium heat exchange unit 11 provided downstream of the compressor 10
  • a refrigerant heat medium heat exchanger 12 provided downstream thereof
  • a refrigerant heat medium heat exchanger provided upstream of the compressor 10.
  • the exchanger 13 serves as a heat exchanger that exchanges heat between the heat medium and the refrigerant in the heat medium circuit 100 .
  • Each of the independent circuits of the heat medium circuit 100 described above is provided with at least one refrigerant heat medium heat exchanger.
  • the refrigerant circuit 1U includes three heat exchangers (refrigerant heat medium heat exchangers 11, 12, and 13) in the illustrated example, but may include four or more heat exchangers as necessary. can.
  • Refrigerant circuit 1U selects two or more of at least three heat exchangers, and causes a part of the selected heat exchangers to function as a condenser and the other part to function as an evaporator.
  • the above-described heat exchanger is selected by opening and closing the on-off valves 31V and 32V to selectively open and close the bypass refrigerant flow paths 31 and 32, and the downstream side of the compressor 10
  • a heat exchanger close to the compressor 10 functions as a condenser
  • a heat exchanger downstream from the compressor 10 and far from the compressor 10 functions as an evaporator.
  • the refrigerant circuit 1U includes a refrigerant flow path 20, one end of which is connected to the outlet of the compressor 10 and the other end of which is connected to the inlet of the refrigerant heat medium heat exchange section 11, and the outlet of the refrigerant heat medium heat exchange section 11.
  • a refrigerant flow path 21 having one end connected to the refrigerant heat medium heat exchange unit 12 and the other end connected to the inlet of the refrigerant heat medium heat exchange unit 12, and an inlet of the refrigerant heat medium heat exchange unit 13 having one end connected to the outlet of the refrigerant heat medium heat exchange unit 12 and a refrigerant flow path 23 having one end connected to the outlet of the refrigerant heat medium heat exchange unit and the other end connected to the inlet of the compressor 10 .
  • the refrigerant circuit 1U includes decompression sections 14A and 14B.
  • the decompression units 14A and 14B decompress the high-pressure refrigerant compressed by the compressor 10 to a predetermined pressure.
  • a pressure reducing portion 14A is provided in the refrigerant passage 21 between them, and a pressure reducing portion 14B is provided in the refrigerant passage 22 between the refrigerant heat medium heat exchange portion 12 and the refrigerant heat medium heat exchange portion 13 .
  • the decompression section 14A and the decompression section 14B can be individually adjusted, and by arbitrarily adjusting from the fully open state to the fully closed state, the compressed refrigerant can be decompressed to a predetermined pressure.
  • the bypass refrigerant flow paths 31 and 32 are provided so as to selectively bypass either the refrigerant heat medium heat exchange section 12 or the refrigerant heat medium heat exchange section 13.
  • the bypass refrigerant flow path 31 can bypass the refrigerant heat medium heat exchange section 12
  • the bypass refrigerant flow path 32 can bypass the refrigerant heat medium heat exchange section 13 .
  • the bypass refrigerant flow path 31 has a branch portion 31A provided in the refrigerant flow path 21, and a junction portion 31B provided in the refrigerant flow path 22.
  • the branch portion 31A is provided upstream of the decompression portion 14A.
  • 31B is provided on the upstream side of the decompression section 14B.
  • the bypass coolant channel 32 has a branch portion 32A provided in the coolant channel 22 and a junction portion 32B provided in the coolant channel 23.
  • the branch portion 32A is upstream of the junction portion 31B of the bypass coolant channel 31. is provided in Thereby, the confluence portion 31B of the bypass refrigerant flow path 31 is provided between the branch portion 32A of the bypass refrigerant flow path 32 and the refrigerant heat medium heat exchange portion 13 .
  • branching portion 32A of the bypass refrigerant flow path 32 is provided upstream of the junction 31B of the decompression portion 14B and the bypass refrigerant flow path 31, and the branching portion 32A of the bypass refrigerant flow path 32 joins the bypass refrigerant flow path 31.
  • a backflow prevention means for example, a check valve 15 is provided between the portion 31B and the portion 31B.
  • the refrigerant circuit 1U as shown in FIG. the heat medium can be generated in various temperature ranges, and in combination with the switching of the flow path switching device 100A of the heat medium circuit 100 described above, an abnormal operation mode and various operation modes described later can be executed. can be done.
  • the refrigerant circulation flow path including the bypass refrigerant flow paths 31 and 32 can be accommodated in the unit U indicated by the single-dotted dashed line in the drawing, so that the refrigerant circuit 1U can be compactly unitized. .
  • the flow path switching device 100A when a system abnormality occurs, the flow path switching device 100A is brought into a default state, so that the heat medium circuit 100 forms a series flow path 100T as shown in FIG. do.
  • the series flow path 100T is formed, for example, even if one of the pumps P1, P2, and P3 malfunctions, if one of the pumps P1, P2, and P3 operates, the series A temperature-controlled heat medium can be circulated in the flow path 100T, and necessary temperature control can be performed for the temperature control target connected in series by the serial flow path 100T.
  • the refrigerant circuit 1U In the operation mode at the time of system abnormality in which the flow path switching device 100A is in the default state, when the refrigerant circuit 1U is operating, the refrigerant circuit 1U is controlled by the refrigerant circuit control device 1A as shown in FIG. 8(d), and the indoor air conditioner 50 performs the cooling operation (abnormal operation mode 1) by switching the air flow path as shown in FIGS. and heating operation (abnormal operation mode 2).
  • the refrigerant circuit 1U executes the operation modes shown in FIGS. First, the air flow path passing through the heater core 51 is blocked.
  • the on-off valves 31V and 32V are closed as shown in FIG.
  • the heat medium heat exchanger 13 is made to function as an evaporator.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 release the heat of the refrigerant step by step.
  • the pressure reducing section 14A is fully opened, heat is radiated by the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12, the pressure is reduced in one step by the pressure reducing section 14B, and the refrigerant heat medium heat exchanger 13 is You may make it function as an evaporator.
  • the on-off valve 31V is opened (the on-off valve 32V is closed) and the refrigerant flows through the bypass refrigerant flow path 31 that bypasses the refrigerant heat medium heat exchanger 12, thereby exchanging refrigerant heat medium heat.
  • the device 11 is made to function as a condenser, and the refrigerant heat medium heat exchanger 13 is made to function as an evaporator.
  • the decompression at this time is a one-stage decompression in the decompression section 14B.
  • the on-off valves 31V and 32V are both opened to flow the refrigerant through the bypass refrigerant flow paths 31 and 32, thereby supplying the refrigerant in parallel to the refrigerant heat medium heat exchangers 12 and 13.
  • Refrigerant heat medium heat exchanger 11 is made to function as a condenser, and refrigerant heat medium heat exchangers 12 and 13 are made to function as evaporators in parallel.
  • the pressure is reduced in one stage by the pressure reduction units 14A and 14B.
  • the series flow path 100T in the heat medium circuit 100 includes an external heat exchanger 5 that exchanges heat between the heat medium and the outside air, a refrigerant heat medium heat exchanger 13 that functions as an evaporator, a cooler core 52, and an object for temperature control.
  • a heat medium is flowed through the heat exchangers 60, 63, 61, 62 in this order.
  • the heat medium heated by passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 11 or the refrigerant heat medium heat exchanger 12 on the radiation side emits heat to the outside in the external heat exchanger 5, and then the refrigerant It enters the heat medium heat exchanger 11 .
  • the low-temperature heat medium absorbed by the refrigerant heat medium heat exchanger 13 functioning as an evaporator is sent to the cooler core 52 via the flow path 103, the switching valve V6, and the flow path 160, whereupon the indoor air conditioner 50 It exchanges heat with the indoor air and is used for cooling.
  • the heat medium coming out of the cooler core 52 is the flow path 140, the switching valve V4, the flow path 141, the confluence portion 161A, the flow path 123, the switching valve V2, the flow path 121, the heat exchanger for temperature control object 60, By flowing through the flow path 150 passing through the flow path 130, the switching valve V3, the flow path 131, the switching valve V5, and the temperature control target heat exchangers 63, 61, 62, the temperature control target (battery, power control unit , inverters, motors, etc.).
  • the heat medium flows through the flow path 102 and the flow path 101 and is heated by heat radiation in the refrigerant heat medium heat exchanger 12 and the refrigerant heat medium heat exchanger 11 that function as condensers.
  • the indoor air conditioner 50 by closing the air mix door 53 provided on the upstream side of the air flow path of the heater core 51, the air during cooling by the heater core 51 Heat can be suppressed.
  • the opening degree of the air mix door 53 the cooling temperature can be adjusted.
  • the heat medium exiting the heater core 51 is sent to the refrigerant heat medium heat exchanger 13, which is an evaporator, after radiating heat in the external heat exchanger 5, as described above.
  • the refrigerant circuit 1U executes the operation modes shown in FIGS. As shown in b), the air flow path that passes through only the cooler core 52 and flows into the vehicle interior is cut off.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 11 functions as a condenser, and the refrigerant heat medium heat exchangers 12 and 13 function as evaporators.
  • the refrigerant heat medium heat exchangers 12 and 13 function as evaporators.
  • stepwise heat absorption is performed in the refrigerant heat medium heat exchanger 12 and the refrigerant heat medium heat exchanger 13.
  • the decompression unit 14B is fully opened, the refrigerant heat medium heat exchanger 11 is made to function as a condenser, the decompression unit 14A performs one-stage decompression, and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 and the refrigerant heat medium heat exchanger 13 are You may make it function as an evaporator.
  • the operation modes shown in FIGS. 7B and 7C are as described above.
  • the heat medium flows through the refrigerant heat medium heat exchanger 11 functioning as a condenser, the heater core 51, and the external heat exchanger 5 in this order.
  • the heat medium heated by the heat radiation in the refrigerant heat medium heat exchanger 11 functioning as a condenser is sent to the heater core 51 through the flow path 101, and the room air conditioner 50 heats the room air. It is replaced and used for heating.
  • the heat medium that is absorbed by the refrigerant heat medium heat exchanger 13 is sent to the cooler core 52 .
  • heat is absorbed stepwise by the refrigerant heat medium heat exchanger 12 and the refrigerant heat medium heat exchanger 13, and the serial flow path 100T on the inlet side of the refrigerant heat medium heat exchanger 13 includes an external heat exchanger. 5 are provided, and heat exchangers 60 , 63 , 61 , 62 for temperature control objects are provided in the series flow path 100 T on the inlet side of the refrigerant heat medium heat exchanger 12 .
  • the heat of the heat medium that has exchanged heat with the outside air in the external heat exchanger 5 can be absorbed by the refrigerant in the refrigerant heat medium heat exchanger 13 .
  • the heat of the heat medium that has exchanged heat with the temperature control target can be absorbed by the refrigerant in the refrigerant heat medium heat exchanger 12 .
  • heat is generated by the operation of the refrigerant circuit 1U, and the refrigerant heat medium heat exchanger 11 heats the heat medium sent to the heater core 51, thereby performing the heating operation.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 13 which functions as an evaporator, flows out of the heater core 51 and heat-exchanged in the external heat exchanger 5, so that the refrigerant heat medium heat exchanger 13
  • the temperature of the exiting heat medium can be set to a relatively high temperature compared to the circuit in which the heat medium does not flow in the order of the heater core 51, the external heat exchanger 5, and the refrigerant heat medium heat exchanger 13, as shown in FIG. can.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 12 is made to function as an evaporator. 7(c) and 7(d). Further, by switching to the operation mode of the refrigerant circuit shown in FIG. 7(c) or FIG. 7(c) and 7(d) suppress the temperature of the heat medium supplied to the cooler core 52 from dropping too much, compared to FIG. 7(b). It is possible to suppress the influence on comfort during heating.
  • the heat medium exchanges heat with the outside air in the external heat exchanger 5. can be suppressed. According to this, the warm heat medium coming out of the heater core 51 can be sent directly to the refrigerant heat medium heat exchanger 13 which is an evaporator. This also prevents the temperature of the heat medium that exits the refrigerant heat medium heat exchanger 13 and is sent to the cooler core 52 from becoming too low.
  • the blowout temperature during heating operation can be made higher than that during heat exchange with outside air.
  • the air mix door 53 in the indoor air conditioner 50 is switched so that all the blown air passes through the heater core 51, as shown in FIG. 8(b).
  • the heating temperature can be adjusted by providing the auxiliary heat source 7 whose temperature can be adjusted on the inlet side of the heater core 51 (for example, on the upstream side of the pump P1).
  • the refrigerant circuit 1U does not operate (such as a failure of the compressor 10) as an operation mode at the time of system abnormality in which the flow path switching device 100A is in the default state, the circulation of the heat medium in the series flow path 100T is performed appropriately. Realize the mode of operation.
  • One of the operation modes (abnormal operation mode 3) at that time is based on the premise that the auxiliary heat source 7 whose temperature can be adjusted is provided on the inlet side of the heater core 51 in the series flow path 100T (for example, the upstream side of the pump P1). heating operation and battery heating.
  • the temperature of the heat medium circulating in the series flow path 100T is set to 60° C. at the outlet of the heater core 51 by the heat radiation in the heater core 51, and the external heat exchanger 5 provided downstream of the heater core 51
  • the temperature at the outlet of the external heat exchanger 5 is set to 50° C. by heat dissipation
  • the temperature at the outlet of the cooler core 52 is set to 40° C. by heat dissipation in the cooler core 52 provided on the downstream side of the external heat exchanger 5 .
  • the temperature of the heat medium in the temperature control object heat exchanger 60 for the battery provided on the downstream side of the cooler core 52 is lowered to a temperature range suitable for heating the battery. be able to.
  • Another operation mode (abnormal operation mode 4) when the refrigerant circuit 1U does not operate is heat radiation from a temperature control object (battery, power control unit, inverter, motor, etc.) by circulation of the heat medium in the series flow path 100T. .
  • the auxiliary heat source 7 is not used (operation is stopped), and the external heat exchanger 5 provided in the serial flow path 100T radiates heat from the object to be temperature controlled.
  • the indoor air conditioner 50 it is possible to suppress heat release into the room.
  • the table shown in FIG. 9 summarizes the abnormal operation modes and operation modes of the heat medium temperature control system 1 .
  • "a" in the table indicates that the switching valves V1-V6 are in the default state
  • "b” indicates that the switching valves V1-V6 are in the non-default state.
  • the abnormal operation modes 1 to 4 in which the switching valves V1 to V6 in the flow path switching device 100A of the heat medium circuit 100 are all in the default state are as described above.
  • Operation modes 1 to 13 shown in the table can be executed by appropriately controlling 100A and the refrigerant circuit control device 1A.
  • the switching valve V3 is set to the non-default state, and the other switching valves V1, V2, V4 to V6 are set to the default state, so that an independent circuit including the pump P3, the pump P1 and the pump Form an independent circuit with P2 in series.
  • both the on-off valves 31V and 32V are closed, the pressure reduction amounts of the pressure reduction units 14A and 14B are appropriately adjusted, the pressure reduction unit 14A is substantially fully opened, and the pressure reduction unit 14B performs desired pressure reduction.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 function as a condenser (radiation side), and the refrigerant heat medium heat exchanger 13 functions as an evaporator (heat absorption side).
  • an independent circuit of the pump P3 in the heat medium circuit 100 is provided with the heat absorption side refrigerant heat medium heat exchanger 13, the cooler core 52, and the temperature control object heat exchanger 60 for the battery, and the room is cooled. and battery cooling.
  • the independent circuits of the pumps P1 and P2 in the heat medium circuit 100 include refrigerant heat medium heat exchangers 11 and 12 on the radiation side, a heater core 51, a tank 6, an external heat exchanger 5, and a heat exchanger for a temperature control object.
  • Heat dissipation destinations are distributed to heat storage in the tank 6, release to the outside air in the external heat exchanger 5, temperature control in the heat exchangers 63, 61, 62 for temperature control objects, etc. be done. According to this, efficient heat utilization is possible by dispersing and dissipating the heat absorbed by actively performing room cooling and battery cooling.
  • the switching valves V3 and V4 are set to the non-default state, and the other switching valves V1, V2, V5, and V6 are set to the default state, whereby an independent circuit including the pump P3 and the pump P1 and pump P2 in series to form an independent circuit.
  • the refrigerant circuit 1U in operation mode 2 is the same as in operation mode 1. The difference from operation mode 1 is that cooling of the battery is stopped and the indoor air conditioner 50 is operated for cooling.
  • the switching valves V3 and V6 are set to the non-default state, and the other switching valves V1, V2, V4, and V5 are set to the default state, whereby an independent circuit including the pump P3 and the pump P1 and pump P2 in series to form an independent circuit.
  • the refrigerant circuit 1U in operation mode 3 is the same as in operation modes 1 and 2.
  • operation mode 3 the cooling operation of the indoor air conditioner 50 in operation mode 1 is stopped, and the battery is actively cooled. Only the temperature-controlled object heat exchanger 60 for the battery is provided.
  • the heat medium circuit 100 in the operation mode 4 has the switching valves V1 and V3 in the non-default state and the other switching valves V2 and V4 to V6 in the default state, so that the independent circuit including the pump P1 and the pump P2 are included.
  • An independent circuit and an independent circuit including pump P3 are formed.
  • the refrigerant circuit 1U in operation mode 4 is similar to operation modes 1 to 3, but the pressure reduction in the pressure reduction units 14A and 14B is performed stepwise by the pressure reduction units 14A and 14B.
  • the independent circuit including the pump P1 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and the independent circuit including the pump P2 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat.
  • a medium heat exchanger 12, a tank 6, an external heat exchanger 5, and temperature control object heat exchangers 63, 61, and 62 are provided.
  • a cooler core 52 and a heat exchanger 60 for a temperature control object for the battery are provided.
  • Operation mode 4 is an operation mode in which dehumidification and cooling (radiation temperature control) is performed. Similar to operation mode 1, the indoor air conditioner 50 is cooled by an independent circuit on the heat absorption side while the battery is cooled. Dehumidification is performed by providing a heater core 51 in an independent circuit. In this operation mode 4, cooling/dehumidification and battery cooling are performed on the heat absorption side, while on the heat dissipation side, the high temperature heat medium flowing through the independent circuit of the pump P1 is used to perform air conditioning to the target outlet temperature, and the heat medium flows through the independent circuit of the pump P2. A low-temperature heat medium can be used to control the temperature of various places.
  • the heat medium circuit 100 in operation mode 5 includes the independent circuit including the pump P1 and the pump P2 by setting the switching valves V1, V3, and V4 to the non-default state and the switching valves V2, V5, and V6 to the default state.
  • An independent circuit and an independent circuit including pump P3 are formed.
  • both the on-off valves 31V and 32V are opened, and the refrigerant is compressed from the compressor 10 via the heat medium heat exchanger 11, the bypass refrigerant flow path 31, and the refrigerant heat medium heat exchanger 13.
  • the refrigerant circuit of the first system (bypassing the refrigerant heat medium heat exchanger 12) returning to the compressor 10, the refrigerant heat medium heat exchanger 11, the refrigerant heat medium heat exchanger 12, and the bypass refrigerant flow path 32 from the compressor 10 It constitutes a second refrigerant circuit that returns to the compressor 10 via the refrigerant (bypasses the refrigerant heat medium heat exchanger 13).
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 11 functions as a condenser (radiation side)
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 12 functions as an evaporator (heat absorption side) in the second system refrigerant circuit.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 13 functions as an evaporator (heat absorption side) in the refrigerant circuit of the first system.
  • the heat medium circuit 100 in operation mode 5 includes an independent circuit including the pump P1, which is provided with the heat radiation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and an independent circuit including the pump P2, which is provided with the heat absorption side refrigerant heat medium.
  • a heat exchanger 12, a tank 6, an external heat exchanger 5, and heat exchangers 63, 61, and 62 for temperature control objects are provided.
  • a cooler core 52 is provided.
  • This operation mode 5 is an operation mode in which dehumidification and heating (heat absorption temperature control) is performed.
  • the heat absorption side is divided into an independent circuit having a refrigerant heat medium heat exchanger 12 and an independent circuit having a refrigerant heat medium heat exchanger 13, and heat required for heating operation is absorbed from various places. Further, by providing the cooler core 51 alone in the independent circuit having the refrigerant heat medium heat exchanger 13 on the heat absorption side, the interior of the vehicle is effectively dehumidified.
  • the switching valves V1, V2, V5, and V6 are set to the non-default state, and the other switching valves V3 and V4 are set to the default state, so that the independent circuit including the pump P1 and the pump P2 and an independent circuit including pump P3.
  • the refrigerant circuit 1U in operation mode 6 both the on-off valves 31V and 32V are closed, and the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 are connected to the condensers (radiation side) as in the operation mode 4.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 13 is used as an evaporator (heat absorption side), and the amount of pressure reduction in the pressure reducing units 14A and 14B is adjusted, and the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 are stepwise heat dissipation.
  • the independent circuit including the pump P1 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and the independent circuit including the pump P2 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat.
  • An exchanger 12, a tank 6, and a heat exchanger 60 for a temperature control object are provided, and an independent circuit including a pump P3 is provided with a heat absorption side refrigerant heat medium heat exchanger 13 and an external heat exchanger 5.
  • This operation mode 6 is an operation mode in which heat is absorbed from the outside air and the battery is heated (warmed up) while the indoor air conditioner 50 is operated for heating. Warm water is supplied to the heater core 51 to perform the heating operation of the indoor air conditioner 50, and relatively low-temperature warm water flowing through the refrigerant heat medium heat exchanger 12 on the other radiation side is supplied to the heat exchanger 60 for temperature control object. to heat the battery. According to this, heating and battery heating can be performed at desired temperatures with good thermal efficiency by generating heat medium in different temperature ranges using the refrigerant circuit 1U.
  • the switching valves V1, V2, and V6 are set to the non-default state, and the other switching valves V3, V4, and V5 are set to the default state, so that an independent circuit including the pump P1 and a pump P2 and an independent circuit including pump P3.
  • the refrigerant circuit 1 in operation mode 7 opens the on-off valve 31V, closes the on-off valve 32V, and closes the decompression unit 14A, so that from the compressor 10 to the refrigerant heat medium heat exchanger 11, the bypass refrigerant flow path 31, the refrigerant A circuit is configured to return to the compressor 10 via the heat medium heat exchanger 13 (bypassing the refrigerant heat medium heat exchanger 12).
  • the heat medium circuit 100 in the operation mode 7 is provided with the refrigerant heat medium heat exchanger 11 on the radiation side and the heater core 51 in the independent circuit including the pump P1, and the independent circuit including the pump P2 is provided with a refrigerant heat exchanger that does not exchange heat with the refrigerant.
  • a medium heat exchanger 12, a tank 6, and heat exchangers 60, 61, 62, and 63 for temperature control objects are provided. 5 is provided.
  • This operation mode 7 is an operation mode in which the indoor air conditioner 50 is operated for heating by absorbing heat from the outside air while accumulating waste heat from a temperature control object such as a battery. , the heat medium flowing through the heat exchangers 60, 61, 62, 63 for temperature control objects is separated from the refrigerant circuit 1U, and the circuit is provided with a tank 6 for heat storage or waste heat. According to this, it is possible to efficiently store the heat of the temperature control object such as the battery as waste heat.
  • the heat medium circuit 100 in operation mode 8 sets the switching valves V1, V2, V6 to the non-default state and the other switching valves V3, V4, V5 to the default state, thereby forming an independent circuit including the pump P1 and the pump P2 and an independent circuit including pump P3.
  • the refrigerant circuit 1U opens the on-off valves 31V and 32V, and similarly to the operation mode 5, the refrigerant circuit of the first system bypassing the refrigerant heat medium heat exchanger 12 and the refrigerant heat medium heat exchanger 13. constitutes a second refrigerant circuit that bypasses the
  • the independent circuit including the pump P1 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and the independent circuit including the pump P2 is provided with the heat absorption side refrigerant heat medium heat.
  • An exchanger 12, a tank 6, and heat exchangers 60, 61, 62, and 63 for temperature control objects are provided. are provided.
  • the operation mode 8 is an operation mode in which heat is stored in a temperature control object such as a battery while performing heating operation of the indoor air conditioner 50 by absorbing heat from the outside air.
  • a temperature control object such as a battery
  • the heat necessary for heating is procured together with the outside air heat absorption.
  • the heat medium circuit 100 in the operation mode 9 has the switching valves V1 and V2 in the non-default state and the other switching valves V3 to V6 in the default state, thereby forming an independent circuit including the pump P1 and an independent circuit including the pump P2. forming Moreover, the pump P3 is stopped here.
  • the refrigerant circuit 1U in operation mode 9 forms a refrigerant circuit that bypasses the refrigerant heat medium heat exchanger 13 by closing the on-off valve 31V, opening the on-off valve 32V, and closing the decompression unit 14B. At this time, the refrigerant heat medium heat exchanger 13 is disconnected from the refrigerant circuit 1, and the flow path 103 passing through the refrigerant heat medium heat exchanger 13 and the flow path through which the heat medium flows to the cooler core 52 are not used.
  • the independent circuit including the pump P1 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and the independent circuit including the pump P2 is provided with the heat absorption side refrigerant heat medium heat.
  • An exchanger 12, a tank 6, and heat exchangers 60, 61, 62, 63 for temperature control objects are provided.
  • This operation mode 9 is an operation mode in which the indoor air conditioner 50 is operated for heating by utilizing heat storage. A heating operation is performed by absorbing heat stored in a temperature control object such as a battery.
  • the switching valves V1, V3, V5, and V6 are set to the non-default state, and the other switching valves V2 and V4 are set to the default state, so that an independent circuit including the pump P1 and a pump P2 and an independent circuit including pump P3.
  • both the on-off valves 31V and 32V are closed, and the refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the refrigerant heat medium heat exchanger 12 are connected to the condensers (radiation side) as in the operation mode 4 and the like.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 13 functions as an evaporator (heat absorption side).
  • the independent circuit including the pump P1 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and the heater core 51, and the independent circuit including the pump P2 is provided with the heat dissipation side refrigerant heat medium heat.
  • An exchanger 12, a tank 6, and an external heat exchanger 5 are provided, and an independent circuit including a pump P3 is provided with a heat absorption side refrigerant heat medium heat exchanger 13 and a temperature control object heat exchanger 60 for a battery. .
  • This operation mode 10 is an operation mode in which defrosting heating is performed while the vehicle is stopped by using heat storage, heat stored in the battery is absorbed by the refrigerant heat medium heat exchanger 13, the refrigerant circuit 1U is operated, and refrigerant heat is generated.
  • the external heat exchanger 5 is defrosted by flowing the heat medium heated by the heat released from the medium heat exchanger 12 and the heat stored in the tank 6 to the external heat exchanger 5 .
  • Operation mode 11 is an operation mode in which defrosting heating is performed while the vehicle is running by using heat storage, and is the same as operation mode 10 except for the switching state of the switching valve V5.
  • the heat generated by the temperature control object (inverter, motor, power control unit, etc.) generated during operation, the heat radiation of the refrigerant heat medium heat exchanger 12, and the heat storage of the tank 6 are transferred to the external heat exchanger 5. Used for defrosting.
  • the switching valves V1, V2, V5 are set to the non-default state, and the other switching valves V3, V4, V6 are set to the default state, so that an independent circuit including the pump P1 and a pump P2 to stop pump P3.
  • operation mode 12 the heat of the auxiliary heat source 7 is absorbed to operate the refrigerant circuit 1U, so that the indoor air conditioner 50 is heated while the battery is heated.
  • This operation mode 12 is the same as operation mode 9 except for the switching of the switching valve V5.
  • the heat added by the auxiliary heat source 7 is absorbed by the refrigerant in the refrigerant heat medium heat exchanger 12, and in the temperature control object heat exchanger 60, the heat added by the auxiliary heat source 7
  • the heat and the heat accumulated in the tank 6 heat the battery.
  • the temperature of the heat medium used for heating the battery can be appropriately adjusted by the amount of heat generated by the auxiliary heat source 7. It is possible to adjust the temperature range to a different temperature range, and it is possible to heat the battery while performing the heating operation at the appropriate temperature.
  • the switching valves V1, V2, and V4 are set to the non-default state, and the other switching valves V3, V5, and V6 are set to the default state, so that an independent circuit including the pump P1 and a pump P2 and an independent circuit including pump P3.
  • the refrigerant circuit 1U in the operation mode 13 is the same as in the operation mode 8, and both the on-off valves 31V and 32V are opened to bypass the refrigerant heat medium heat exchanger 12.
  • a second refrigerant circuit bypassing the exchanger 13 is configured.
  • the heat medium circuit 100 in the operation mode 13 has a heat dissipation side refrigerant heat medium heat exchanger 11 and a heater core 51 in an independent circuit including the pump P1, and an independent circuit including the pump P2 with a heat absorption side refrigerant heat medium heat.
  • An exchanger 12, an auxiliary heat source 7, a tank 6, and heat exchangers 60, 61, 62, 63 for temperature control objects are provided. 52 are provided.
  • the heating operation of the indoor air conditioner 50 is performed by the operation of the refrigerant circuit 1U that absorbs the heat in the vehicle interior and the waste heat/accumulated heat of the object to be temperature controlled.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 13 functioning as the evaporator of the first system
  • the heat in the passenger compartment recovered via the cooler core 52 is absorbed by the refrigerant
  • the refrigerant evaporates in the refrigerant circuit of the second system.
  • the refrigerant heat medium heat exchanger 12 functioning as a vessel, the heat added by the auxiliary heat source 7, the heat accumulated in the tank 6, and the waste heat accumulated in a temperature control object such as a battery are absorbed by the refrigerant.
  • the pumps P1, P2, and P3 and the plurality of temperature control target heat exchangers are formed, so even if there is a system abnormality, the heat medium circuit 100
  • the temperature-controlled heat medium can be circulated throughout the series flow path 100T, and desired temperature control can be performed for many temperature control targets connected to the series flow path 100T.
  • the series flow path 100T is formed in the default state when the flow path switching device 100A is de-energized, the above-described series flow path 100T is automatically formed when the flow path switching device 100A is de-energized due to system failure. It is possible to make the configuration to be the same, and realize fail-safe.
  • the heat medium circuit 100 forms a plurality of independent circuits by means of the channel switching device 100A.
  • external heat exchanger 5 heat exchangers 60, 61, 62, 63 for temperature control objects, etc.). It is possible to control the temperature of the object to be temperature controlled.
  • the heat medium temperature control system 1 also includes, as a heat source, a refrigerant circuit 1U having a plurality of refrigerant heat medium heat exchangers (11, 12, 13).
  • a refrigerant heat medium heat exchanger (11, 12, 13) is provided. According to this, the temperature zone of the heat medium flowing through the independent circuit can be appropriately set by the heat absorption/radiation function of each of the refrigerant heat medium heat exchangers (11, 12, 13).
  • the refrigerant circuit 1U selects two or more of at least three refrigerant heat medium heat exchangers, and uses a part of the selected refrigerant heat medium heat exchangers as a condenser and the other part as an evaporator.
  • various operation modes of the refrigerant circuit 1U described above can be realized.
  • the heating operation can be performed even when the system is abnormal. Cooling operation can be switched.
  • the serial flow path 100T includes an external heat exchanger 5 that exchanges heat between the heat medium and the outside air, an evaporator that is one of the refrigerant heat medium heat exchangers, and heat to be temperature controlled.
  • the heat medium is made to flow in order of the cooler core 52, which is one of the exchangers, and the heat exchangers (60, 61, 62, 63) for temperature control object, which are other heat exchangers for temperature control.
  • the required temperature of the cooler core 52 during cooling is lower than the required temperature of the heat exchangers (60, 61, 62, 63) for temperature control objects, so the external heat exchanger 5, the evaporator, and the cooler core 52 , the heat exchangers for temperature control object (60, 61, 62, 63) in order, even if the series flow path 100T is formed during the cooling operation, the external heat exchanger 5 After the heat of the heat medium is radiated in the evaporator, the heat medium can be cooled. Therefore, it is possible to cool the object to be temperature controlled while suppressing the influence of the cooling operation on comfort, thereby avoiding a situation such as stopping the vehicle.
  • the series flow path 100T includes a condenser that is one of the refrigerant heat medium heat exchangers, a heater core 51 that is one of the heat exchangers subject to temperature control, and the external heat exchanger 5.
  • the heat medium is made to flow in the order of . According to this, by flowing the heat medium in the order of the condenser, the heater core 51, and the external heat exchanger 5, heat is radiated by the heater core 51 during heating, and the heat exchange in the heater core 51 is suppressed by the air mix door 53 etc. during cooling.
  • the heat can be dissipated by the external heat exchanger 5 while the heat is being supplied.
  • the downstream side of the outside air heat exchanger 5 is the external heat exchanger 5, the evaporator, the cooler core 52, and the temperature control object heat exchangers (60, 61, 62, 63) in that order. Because the heat medium flows in the condenser, the heat medium that exchanges heat in the condenser during cooling flows to the evaporator after radiating heat in the external heat exchanger 5, so it does not flow directly to the evaporator. can be suppressed.
  • the heater prevents the heat medium in the high temperature zone used in the core 52 from flowing to the heat exchangers (60, 61, 62, 63) for the temperature control object, and prevents the temperature of the temperature control object from becoming too high. be able to.
  • the heat medium emitted from the heater core 52 can flow through the external heat exchanger 5 and the evaporator in that order. It can be used as a heat source.
  • the serial flow path 100T is provided with the auxiliary heat source 7 for heating the heat medium on the inlet side of the heater core 52 as needed. It can be used as a temperature control heat source in heating operation, a heat source for heating when the refrigerant circuit 1U is not operating, or a heat source for heating the battery. It can be used to add heat when defrosting or when used as a heat source for an evaporator.

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Abstract

システム異常が生じた場合であっても、複数の温調対象に対して熱媒体による温調を可能にする。 熱媒体温調システムは、熱源との熱交換で温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路を備え、熱媒体回路が熱媒体を圧送するポンプを備えると共に温調対象との間で熱交換する複数の温調対象熱交換器を備え、熱媒体回路は、システム異常時に、ポンプと複数の温調対象熱交換器を繋ぐ直列流路を形成する。

Description

熱媒体温調システム
 本発明は、熱媒体回路を備えた熱媒体温調システムに関するものである。
 熱媒体回路(例えば、水回路)を備える温調システムは、温調対象の管理温度に応じて独立した熱媒体回路を形成し、ヒートポンプなどの熱源との熱交換で所定の温度に調整された熱媒体を循環させている。この際、熱媒体回路に切替弁を設けて、独立した熱媒体回路を直列に繋ぐことで、循環する熱媒体の温度調整などを行っている(下記特許文献1参照)。
特表2012-505796号公報
 前述した熱媒体回路を備える温調システムは、前述した切替弁や熱源となるヒートポンプの故障といったシステム異常が生じると、熱媒体回路を流れる熱媒体は、温度管理ができない状態で独立した流路を循環することになり、複数の温調対象が存在する場合には、熱媒体による温度管理ができないものが生じてしまう問題があった。
 本発明は、熱媒体温調システムにおいて、このような問題に対処することが課題であり、システム異常が生じた場合であっても、多くの温調対象に対して、温度管理された熱媒体を循環させて温調を可能にすること、が本発明の課題である。
 このような課題を解決するために、本発明の熱媒体温調システムは、以下の構成を具備するものである。
 熱源との熱交換で温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路を備え、前記熱媒体回路が熱媒体を圧送するポンプを備えると共に温調対象との間で熱交換する複数の温調対象熱交換器を備える熱媒体温調システムであって、前記熱媒体回路は、システム異常時に、前記ポンプと前記複数の温調対象熱交換器を繋ぐ直列流路を形成することを特徴とする熱媒体温調システム。
 このような特徴を備えた熱媒体温調システムは、システム異常が生じた場合であっても、ポンプと複数の温調対象熱交換器を繋ぐ直列流路を形成することで、直列流路に繋がる多くの温調対象に対して温度管理された熱媒体による温調が可能になる。
本発明の実施形態に係る熱媒体温調システムの構成例(切替弁V1~V4がデフォルト状態)を示した説明図。 熱媒体回路における流路切替装置の説明図。 切替弁V1~V4の切り替え状態を示した説明図((a)がデフォルト状態、(b)が非デフォルト状態)。 切替弁V5,V6の切り替え状態を示した説明図((a)がデフォルト状態、(b)が非デフォルト状態)。 本発明の実施形態に係る熱媒体温調システムの構成例(切替弁V1~V4が非デフォルト状態)を示した説明図。 冷媒回路制御装置の説明図。 異常動作時の冷媒回路の動作モードを示す説明図((a),(d)が2段階減圧の例、(b),(c)が1段階減圧の例) 異常動作時の室内空調装置のエアミックスドアの状態を示す説明図((a)がヒーターコア上流側を遮断する例、(b)がクーラーコアの単独送風流路を遮断する例)。 熱媒体温調システムの異常動作モードと運転モードを纏めた表。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
 図1において、本発明の実施形態に係る熱媒体温調システム1は、熱媒体回路100を備えている。この熱媒体温調システム1は、一例としては、EV(Electric Vehicle)などの車両用熱管理システムを構築するものである。
 熱媒体回路100は、熱源となる冷媒回路1Uとの熱交換で温度管理された熱媒体を循環させるものであり、熱媒体を圧送するポンプP1,P2,P3と、複数の温調対象熱交換器を備えている。図示の例によると、複数の温調対象熱交換器は、室内空調装置50のヒーターコア51とクーラーコア52、温調対象物であるバッテリー、インバーター、モーター、パワーコントロールユニットなどを温調するための温調対象物用熱交換器60,61,62,63を備える。
 また、熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V3,V4,V5,V6を備えている。これらの切替弁V1~V6は、図2に示すように、切替弁V1~V6を切り替え制御する制御装置200と共に、流路切替装置100Aを構成している。
 流路切替装置100Aは、切替弁V1~V6を切り替えるに際して、図3及び図4の(a)に示したデフォルト状態と図3及び図4の(b)に示した非デフォルト状態の切り替えがなされる。ここでデフォルト状態とは、システム異常時に切り替えられる(初期状態に戻る)状態であり、例えば、流路切替装置100Aの非通電状態がデフォルト状態になる。
 図1は、流路切替装置100Aがデフォルト状態である熱媒体回路100において、熱媒体が流れる流路を太線で示し、流れの方向を矢印で示している。
 ここで、デフォルト状態の切替弁V1は、流路110から流入する熱媒体を流路112側に流出すると共に、流路102から流入する熱媒体を流路111側に流出する。また、非デフォルト状態の切替弁V1は、流路110から流入する熱媒体を流路111側に流し、流路102側から流入する熱媒体を流路112側に流す。
 デフォルト状態の切替弁V2は、流路120から流入する熱媒体を流路122側に流出すると共に、流路123から流入する熱媒体を流路121側に流出する。また、非デフォルト状態の切替弁V2は、流路120から流入する熱媒体を流路121側に流出すると共に、流路123から流入する熱媒体を流路122側に流出する。
 デフォルト状態の切替弁V3は、流路130から流入する熱媒体を流路131側に流出すると共に、流路133から流入する熱媒体を流路132側に流出する。また、非デフォルト状態の切替弁V3は、流路130から流入する熱媒体を流路132側に流出すると共に、流路133から流入する熱媒体を流路131側に流出する。
 デフォルト状態の切替弁V4は、流路132から流入する熱媒体を流路142側に流出すると共に、流路140から流入する熱媒体を流路141側に流出する。また、非デフォルト状態の切替弁V4は、流路132から流入する熱媒体を流路141側に流出すると共に、流路140から流入する熱媒体を流路142側に流出する。
 デフォルト状態の切替弁V5は、流路131から流入する熱媒体を流路150側に流出し、非デフォルト状態の切替弁V5は、流路131から流入する熱媒体を流路150を介することなく流路151を介して合流部150Aに流す。また、デフォルト状態の切替弁V6は、流路103から流入する熱媒体を流路160側に流出し、非デフォルト状態の切替弁V6は、流路103から流入する熱媒体を流路160に流すことなく流路161を介して合流部161Aに流す。
 このような流路切替装置100Aのデフォルト状態では、熱媒体回路100は、ポンプP1,P2,P3と複数の温調対象熱交換器(ヒーターコア51,クーラーコア52、温調対象物熱交換器60,61,62,63)を繋ぐ直列流路100Tを形成する。すなわち、熱媒媒体回路100における直列流路100Tを循環する熱媒体は、複数のポンプP1,P2,P3と複数の温調対象熱交換器(ヒーターコア51,クーラーコア52、温調対象物熱交換器60,61,62,63)を全て経由して循環する。
 図1に示した直列流路100Tでは、ポンプP1から出た熱媒体は、冷媒回路1Uにおける冷媒熱媒体熱交換器11を通る流路101を介して、ヒーターコア51に入り、ヒーターコア51を出た熱媒体は、流路110を介して切替弁V1に入る。切替弁V1を出た熱媒体は、流路112を介してタンク6に入り、タンク6を出た熱媒体は、流路120を介して切替弁V2に入る。
 切替弁V2を出た熱媒体は、流路122を介して、外気と熱交換する外部熱交換器5に入り、外部熱交換器5を出た熱媒体は、流路133を介して切替弁V3に入り、切替弁V3を出た熱媒体は、流路132を介して切替弁V4に入り、切替弁V4を出た熱媒体は、流路142を介してポンプP3に入る。
 ポンプP3を出た熱媒体は、冷媒回路1Uにおける冷媒熱媒体熱交換器13を通過する流路103を介して切替弁V6に入り、切替弁V6を出た熱媒体は、流路160を介してクーラーコア52に入り、クーラーコア52を出た熱媒体は、流路140を介して切替弁V4に入る。
 切替弁V4を出た熱媒体は、流路141、合流部161A、流路123を介して、切替弁V2に入り、切替弁V2を出た熱媒体は、流路121、バッテリー温調用の温調対象物熱交換器60、流路130を介して切替弁V3に入る。切替弁V3を出た熱媒体は、流路131を介して切替弁V5に入る。切替弁V5を出た熱媒体は、温調対象物用熱交換器63,61,62を通過する流路150、合流部150Aを介してポンプP2に入る。
 ポンプP2を出た熱媒体は、冷媒回路1Uにおける冷媒熱媒体熱交換器12を通過する流路102を介して切替弁V1に入る。そして、切替弁V1を出た熱媒体は、流路111を介してポンプP1に戻る。流路102には、必要に応じて、熱媒体を加熱する補助熱源7が設けられる。
 これに対して、流路切替装置100Aの切替弁V1~V4が非デフォルト状態に切り替えられると、熱媒体回路100は、図5に示すように、ポンプP1,P2,P3毎に複数の独立回路が形成され、独立回路毎にポンプP1,P2,P3の何れかが設けられ、独立回路毎に温調対象熱交換器の何れかが設けられる。
 図5においては、ポンプP1を出た熱媒体は、冷媒回路1Uの冷媒熱媒体熱交換器11を通る流路101、ヒーターコア51、流路110、切替弁V1、流路111を介してポンプP1に戻る第1の独立回路を形成する。
 また、ポンプP2を出た熱媒体は、冷媒回路1Uの冷媒熱媒体熱交換器12を通る流路102、切替弁V1、流路112、タンク6、流路120、切替弁V2、流路121、温調対象物用熱交換器60、流路130、切替弁V3、流路132、切替弁V4、流路141、合流部161A、流路123、切替弁V2、流路122、外部熱交換器5、流路133、切替弁V3、流路131、切替弁V5、流路150(温調対象物用熱交換器63,61,62)、合流部150Aを介してポンプP2に戻る第2の独立回路を形成する。
 更に、ポンプP3を出た熱媒体は、冷媒回路1Uの冷媒熱媒体熱交換器13を通る流路103、切替弁V6、流路160、クーラーコア52、流路140、切替弁V4、流路142を介してポンプP3に戻る第3の独立回路を形成する。
 図1における冷媒回路1Uについて説明する。冷媒回路1Uは、冷媒を圧縮する圧縮機10と、圧縮機10から出た冷媒を凝縮、膨張、蒸発させて圧縮機10に戻す冷媒循環流路を備えている。
 冷媒回路1Uにおいては、圧縮機10の下流に設けられる冷媒熱媒体熱交換部11と、その下流に設けられる冷媒熱媒体熱交換器12と、圧縮機10の上流側に設けられる冷媒熱媒体熱交換器13が、熱媒体回路100の熱媒体と冷媒が熱交換する熱交換器になる。前述した熱媒体回路100の独立回路の各々には、少なくとも1つの冷媒熱媒体熱交換器が設けられている。
 冷媒回路1Uは、図示の例では3つの熱交換器(冷媒熱媒体熱交換器11,12,13)を備えているが、必要に応じて、さらに4つ以上の熱交換器を備えることができる。冷媒回路1Uは、少なくとも3つの熱交換器のうち2つ以上を選択して、選択した熱交換器の一部を凝縮器、他部を蒸発器として機能させる。
 図1に示した例では、開閉弁31V,32Vを開閉してバイパス冷媒流路31,32を選択的に開閉することで、前述した熱交換器の選択を行い、圧縮機10の下流側における圧縮機10に近い熱交換器を凝縮器として機能させ、圧縮機10の下流側における圧縮機10から遠い熱交換器を蒸発器として機能させる。
 図1において、冷媒回路1Uは、圧縮機10の出口に一端が接続され冷媒熱媒体熱交換部11の入口に他端が接続される冷媒流路20と、冷媒熱媒体熱交換部11の出口に一端が接続され冷媒熱媒体熱交換部12の入口に他端が接続される冷媒流路21と、冷媒熱媒体熱交換部12の出口に一端が接続され冷媒熱媒体熱交換部13の入口に他端が接続される冷媒流路22と、冷媒熱媒体熱交換部の出口に一端が接続され圧縮機10の入口に他端が接続される冷媒流路23とを備えている。
 また、冷媒回路1Uは減圧部14A,14Bを備えている。減圧部14A,14Bは、圧縮機10で圧縮された高圧の冷媒を所定の圧力まで減圧させるものであり、図1の例では、冷媒熱媒体熱交換部11と冷媒熱媒体熱交換部12の間の冷媒流路21に減圧部14Aが設けられ、冷媒熱媒体熱交換部12と冷媒熱媒体熱交換部13との間の冷媒流路22に減圧部14Bが設けられている。減圧部14Aと減圧部14Bは個別に調整可能であり、全開状態から全閉状態までを任意に調整することで、圧縮した冷媒を所定圧までの減圧状態にすることができる。
 図1の冷媒回路1Uにおいて、バイパス冷媒流路31,32は、冷媒熱媒体熱交換部12と冷媒熱媒体熱交換部13のいずれかを選択的に迂回可能に設けられている。図示の例では、バイパス冷媒流路31が冷媒熱媒体熱交換部12を迂回可能にし、バイパス冷媒流路32が冷媒熱媒体熱交換部13を迂回可能にしている。
 バイパス冷媒流路31は、分岐部31Aが冷媒流路21に設けられ、合流部31Bが冷媒流路22に設けられており、分岐部31Aは、減圧部14Aの上流側に設けられ、合流部31Bは減圧部14Bの上流側に設けられている。
 バイパス冷媒流路32は、分岐部32Aが冷媒流路22に設けられ、合流部32Bが冷媒流路23に設けられており、分岐部32Aは、バイパス冷媒流路31の合流部31Bの上流側に設けられている。これにより、バイパス冷媒流路31の合流部31Bは、バイパス冷媒流路32の分岐部32Aと冷媒熱媒体熱交換部13との間に設けられている。
 また、バイパス冷媒流路32の分岐部32Aは、減圧部14Bとバイパス冷媒流路31の合流部31Bより上流側に設けられ、バイパス冷媒流路32の分岐部32Aとバイパス冷媒流路31の合流部31Bとの間には、逆流防止手段(例えば逆止弁)15が設けられている。
 このような冷媒回路1Uは、図6に示すような、冷媒回路制御装置1Aにより、圧縮機10、減圧部14A,14B、開閉弁31V,32Vを制御することで、熱媒体回路100の熱源として、様々な温度帯の熱媒体を生成することができ、また、前述した熱媒体回路100の流路切替装置100Aの切り替えと組み合わせることで、後述する異常動作モードや各種の運転モードを実行することができる。また、冷媒回路1Uは、バイパス冷媒流路31,32を含めた冷媒循環流路を図示一点破線で示したユニットU内に収めることができ、コンパクトにユニット化した冷媒回路1Uを得ることができる。
 このような熱媒体温調システム1においては、システム異常が生じた場合に、流路切替装置100Aがデフォルト状態になることで、熱媒体回路100が図1に示すような直列流路100Tを形成する。直列流路100Tが形成されると、例えば、ポンプP1,P2,P3の中の何れかに不具合が生じた場合であっても、ポンプP1,P2,P3の中の1つが動作すれば、直列流路100Tに温度管理された熱媒体を循環させることができ、直列流路100Tによって直列的に繋がっている温調対象に対して、必要な温調を行うことができる。
 流路切替装置100Aがデフォルト状態になるシステム異常時の動作モードにおいては、冷媒回路1Uが動作している場合には、冷媒回路1Uは、冷媒回路制御装置1Aの制御により、図7(a)~(d)に示す動作モードの選択を行い、室内空調装置50は、図8(a),(b)に示すような送風流路の切り替えを行うことによって、冷房動作(異常動作モード1)と暖房動作(異常動作モード2)を行うことができる。
 冷房動作(異常動作モード1)は、冷媒回路1Uにおいて、図7(a),(b),(c)に示す動作モードを実行し、室内空調装置50は、図8(a)に示すように、ヒーターコア51を通過する送風流路を遮断する。
 図7(a)に示す動作モードでは、図1に示すように開閉弁31V,32Vを閉にして、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12を凝縮器として機能させ、冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器として機能させる。この際、図示のように、減圧部14Aと減圧部14Bで2段階の減圧を行う場合には、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12は段階的に冷媒の放熱を行うが、減圧部14Aを全開にして、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12で放熱を行い、減圧部14Bで1段階の減圧を行って、冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器として機能させるようにしてもよい。
 図7(b)に示す動作モードでは、開閉弁31Vを開(開閉弁32Vは閉)にして冷媒熱媒体熱交換器12を迂回するバイパス冷媒流路31に冷媒を流し、冷媒熱媒体熱交換器11を凝縮器として機能させ、冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器として機能させる。この際の減圧は減圧部14Bでの1段階の減圧になる。
 図7(c)に示す動作モードでは、開閉弁31V,32Vを共に開にして、バイパス冷媒流路31,32に冷媒を流すことで、冷媒熱媒体熱交換器12,13に冷媒を並列に流し、冷媒熱媒体熱交換器11を凝縮器として機能させ、冷媒熱媒体熱交換器12,13を並列的に蒸発器として機能させる。この際の減圧は、減圧部14A,14Bで1段階の減圧になる。
 そして、熱媒体回路100における直列流路100Tは、熱媒体と外気とが熱交換する外部熱交換器5、蒸発器として機能する冷媒熱媒体熱交換器13、クーラーコア52、温調対象物用熱交換器60,63,61,62の順に熱媒体を流す。
 これによると、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11或いは冷媒熱媒体熱交換器12を通過することで加熱された熱媒体は、外部熱交換器5にて熱を外部に放出した後、冷媒熱媒体熱交換器11に入る。そして、蒸発器として機能する冷媒熱媒体熱交換器13にて吸熱された低温の熱媒体は、流路103、切替弁V6、流路160を介してクーラーコア52に送られ、室内空調装置50にて室内空気と熱交換して冷房に供される。
 また、クーラーコア52から出た熱媒体は、流路140、切替弁V4、流路141、合流部161A、流路123、切替弁V2、流路121、温調対象物用熱交換器60、流路130、切替弁V3、流路131、切替弁V5、温調対象物用熱交換器63,61,62を通過する流路150を流れることで、温調対象物(バッテリー、パワーコントロールユニット、インバーター、モーターなど)の冷却(温調)に供される。
 この際、熱媒体は、流路102と流路101を流れることで、凝縮器として機能する冷媒熱媒体熱交換器12と冷媒熱媒体熱交換器11での放熱で加熱され、ヒーターコア51に送られるが、図8(a)に示すように、室内空調装置50において、ヒーターコア51の送風流路上流側に設けられるエアミックスドア53を閉じることで、ヒーターコア51による冷房時の空気の加熱を抑えることができる。また、エアミックスドア53の開度を調整することによって、冷房温度の調整が可能になる。ヒーターコア51を出た熱媒体は、前述したように、外部熱交換器5にて放熱した後、蒸発器である冷媒熱媒体熱交換器13に送られる。
 これに対して、暖房動作(異常動作モード2)は、冷媒回路1Uにおいて、図7(b),(c),(d)に示す動作モードを実行し、室内空調装置50は、図8(b)に示すように、クーラーコア52のみを通過して車室内に流れる送風流路を遮断する。
 冷媒回路1Uにおける図7(d)に示す動作モードでは、冷媒熱媒体熱交換器11を凝縮器として機能させ、冷媒熱媒体熱交換器12と冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器として機能させる。この際、図示のように、減圧部14Aと減圧部14Bで2段階の減圧を行う場合には、冷媒熱媒体熱交換器12と冷媒熱媒体熱交換器13では段階的な吸熱が行われるが、減圧部14Bを全開にして、冷媒熱媒体熱交換器11を凝縮器として機能させ、減圧部14Aで1段階の減圧を行い、冷媒熱媒体熱交換器12と冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器として機能させるようにしてもよい。図7(b),(c)に示す動作モードは、前述したとおりである。
 そして、熱媒体回路100の直列回路100Tは、凝縮器として機能する冷媒熱媒体熱交換器11、ヒーターコア51、外部熱交換器5の順に熱媒体を流す。これによると、凝縮器として機能する冷媒熱媒体熱交換器11での放熱で加熱された熱媒体は、流路101を介してヒーターコア51に送られ、室内空調装置50にて室内空気と熱交換して暖房に供される。そして、外部熱交換器5にて放熱された後冷媒熱媒体熱交換器13で吸熱された熱媒体がクーラーコア52に送られる。冷媒回路1Uは、冷媒熱媒体熱交換器12と冷媒熱媒体熱交換器13で段階的な吸熱を行うが、冷媒熱媒体熱交換器13の入口側の直列流路100Tには外部熱交換器5が設けられ、冷媒熱媒体熱交換器12の入口側の直列流路100Tには温調対象物用熱交換器60,63,61,62が設けられる。
 これにより、外部熱交換器5で外気と熱交換した熱媒体が有する熱を冷媒熱媒体熱交換器13にて冷媒に吸熱させることができ、温調対象物用熱交換器60,63,61,62にて温調対象と熱交換した熱媒体が有する熱を冷媒熱媒体熱交換器12にて冷媒に吸熱させることができる。このようにして、冷媒回路1Uの作動で熱を生成し、冷媒熱媒体熱交換器11にてヒーターコア51に送る熱媒体を加熱して、暖房運転を行うことができる。
 この際、蒸発器として機能する冷媒熱媒体熱交換器13には、ヒーターコア51を出て、外部熱交換器5にて熱交換した熱媒体が流入するため、冷媒熱媒体熱交換器13から出る熱媒体の温度を、図5のような、ヒーターコア51、外部熱交換器5、冷媒熱媒体熱交換器13の順に熱媒体が流れない回路に比べて、比較的高い温度にすることができる。これにより、クーラーコア52に供させる熱媒体の温度が下がりすぎることを抑制することができ、暖房時の快適性への影響を抑えることができる。
 また、温調対象物用熱交換器60,63,61,62 にて熱交換した熱媒体が冷媒熱媒体熱交換器12に流入するため、冷媒熱媒体熱交換器12を蒸発器として機能させることができ、図7(c)や図7(d)のような冷媒回路の動作モードに切り替えることが可能となる。また、図7(c)や図7(d)の冷媒回路の動作モードに切り替えることで、冷媒熱媒体熱交換器13で冷媒が吸熱する吸熱量が図7(b)の動作モードの場合に比べて少なくなるため、図7(b)に比べて、図7(c)や図7(d)の動作モードの方がよりクーラーコア52に供させる熱媒体の温度が下がりすぎることを抑制することができ、暖房時の快適性への影響を抑えることができる。
 なお、外部熱交換器5へ外気を送風する送風ファン(図示省略)を停止したりラジエータシャッタ(図示省略)を閉めたりすることで、外部熱交換器5で熱媒体が外気と熱交換することを抑制することができる。これによると、ヒーターコア51を出た温かい熱媒体を蒸発器である冷媒熱媒体熱交換器13へ直接送ることができる。これによっても、冷媒熱媒体熱交換器13を出てクーラーコア52に送られる熱媒体の温度が低くなりすぎるのを抑えることができるが、この場合は、外部熱交換器5にて熱媒体と外気を熱交換させている時より暖房運転時の吹き出し温度を高くすることができる。
 この際、室内空調装置50におけるエアミックスドア53は、図8(b)に示すように、送風が全てヒーターコア51を通過するように切り替えられる。また、暖房温度の調整は、ヒーターコア51の入口側(例えば、ポンプP1の上流側など)に温度調整可能な補助熱源7を設けることによって行うことができる。
 流路切替装置100Aがデフォルト状態になるシステム異常時の動作モードとして、冷媒回路1Uが動作しない(圧縮機10の故障など)場合には、直列流路100Tでの熱媒体の循環で、適宜の動作モードを実現する。
 その際の動作モードの1つ(異常動作モード3)は、直列流路100Tにおけるヒーターコア51の入口側(例えば、ポンプP1の上流側など)に温度調整可能な補助熱源7を設けることを前提して、暖房動作とバッテリー加熱を行うことができる。
 その際、直列流路100Tを循環する熱媒体の温度を、ヒーターコア51での放熱により、ヒーターコア51の出口温度60℃にし、ヒーターコア51の下流側に設けられる外部熱交換器5での放熱で、外部熱交換器5の出口温度50℃にし、外部熱交換器5の下流側に設けられるクーラーコア52での放熱で、クーラーコア52の出口温度40℃にする。これにより、ヒーターコア51での暖房動作を行いながら、クーラーコア52の下流側に設けたバッテリー用の温調対象物用熱交換60での熱媒体温度を、バッテリー加熱に適した温度帯に下げることができる。
 冷媒回路1Uが動作しない場合の他の動作モード(異常動作モード4)は、直列流路100Tにおける熱媒体の循環による温調対象物(バッテリー、パワーコントロールユニット、インバーター、モーターなど)の放熱である。この場合、補助熱源7は不使用(作動停止)であり、直列流路100Tに設けた外部熱交換器5により温調対象物の放熱を行う。この際、室内空調装置50の送風を止めることで、室内への熱放出を抑止することができる。
 図9に示した表には、熱媒体温調システム1の異常動作モードと運転モードを纏めて示している。表内の「a」は、切替弁V1~V6がデフォルト状態であることを示しており、「b」は、切替弁V1~V6が非デフォルト状態であることを示している。
 熱媒体回路100の流路切替装置100Aにおける切替弁V1~V6が全てデフォルト状態である異常動作モード1~4については、前述したとおりであるが、熱媒体温調システム1は、流路切替装置100Aと冷媒回路制御装置1Aを適宜制御することで、表に示した運転モード1~13を実行することができる。
 運転モード1の熱媒体回路100は、切替弁V3を非デフォルト状態にし、他の切替弁V1,V2,V4~V6はデフォルト状態にすることで、ポンプP3を含む独立回路と、ポンプP1とポンプP2を直列にした独立回路を形成する。
 運転モード1の冷媒回路1Uは、開閉弁31V,32Vを共に閉にし、減圧部14A,14Bの減圧量が適宜調整され、減圧部14Aは略全開、減圧部14Bにて所望の減圧を行う。この冷媒回路1Uでは、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12が凝縮器(放熱側)として機能し、冷媒熱媒体熱交換器13が蒸発器(吸熱側)として機能する。
 運転モード1は、熱媒体回路100におけるポンプP3の独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13、クーラーコア52、バッテリー用の温調対象物用熱交換器60が設けられ、室内冷房とバッテリー冷却が行われる。また、熱媒体回路100におけるポンプP1,P2の独立回路には、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11,12、ヒーターコア51、タンク6、外部熱交換器5、温調対象物用熱交換器63,61,62が設けられ、放熱先が、タンク6での蓄熱、外部熱交換器5での外気放出、温調対象物用熱交換器63,61,62での温調などに分散される。これによると、室内冷房とバッテリー冷却を積極的に行ったことによる吸熱を各所で分散して放熱することで、効率的な熱利用が可能になる。
 運転モード2の熱媒体回路100は、切替弁V3,V4を非デフォルト状態にし、他の切替弁V1,V2,V5,V6はデフォルト状態にすることで、ポンプP3を含む独立回路と、ポンプP1とポンプP2を直列にした独立回路を形成する。運転モード2の冷媒回路1Uは運転モード1と同様である。運転モード1との違いは、バッテリーの冷却を止めて、室内空調装置50を冷房運転する。
 運転モード3の熱媒体回路100は、切替弁V3,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V1,V2,V4,V5をデフォルト状態にすることで、ポンプP3を含む独立回路と、ポンプP1とポンプP2を直列にした独立回路を形成する。運転モード3の冷媒回路1Uは運転モード1,2と同様である。運転モード3は、運転モード1における室内空調装置50の冷房運転を止めて、バッテリーの冷却を積極的に行っており、ポンプP3の独立回路には、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13とバッテリー用の温調対象物用熱交換器60のみを設けている。
 運転モード4の熱媒体回路100は、切替弁V1,V3を非デフォルト状態にし、他の切替弁V2,V4~V6をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード4の冷媒回路1Uは運転モード1~3と同様であるが、減圧部14A,14Bの減圧を減圧部14Aと減圧部14Bとで段階的に行っている。
 この運転モード4の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51が設けられ、ポンプP2を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器12とタンク6と外部熱交換器5と温調対象物用熱交換器63,61,62が設けられ、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13とクーラーコア52とバッテリー用の温調対象物用熱交換器60が設けられる。
 運転モード4は、除湿冷房(放熱温調)を行う運転モードであり、運転モード1と同様に、吸熱側の独立回路で室内空調装置50を冷房運転しながらバッテリーの冷却を行い、放熱側の独立回路にヒーターコア51を設けることで除湿を行う。この運転モード4では、吸熱側で冷房除湿とバッテリー冷却を行いながら、放熱側では、ポンプP1の独立回路を流れる高温の熱媒体で目標吹出温度への空調を行い、ポンプP2の独立回路を流れる低温の熱媒体で各所の温調を行うことができる。
 運転モード5の熱媒体回路100は、切替弁V1,V3,V4を非デフォルト状態にし、切替弁V2,V5,V6をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード5の冷媒回路1Uは、開閉弁31V,32Vを共に開にして、圧縮機10から冷媒熱媒体熱交換器11、バイパス冷媒流路31、冷媒熱媒体熱交換器13を経由して圧縮機10に戻る(冷媒熱媒体熱交換器12を迂回する)第1系統の冷媒回路と、圧縮機10から冷媒熱媒体熱交換器11、冷媒熱媒体熱交換器12、バイパス冷媒流路32を経由して圧縮機10に戻る(冷媒熱媒体熱交換器13を迂回する)第2系統の冷媒回路を構成している。
 運転モード5の冷媒回路1Uでは、冷媒熱媒体熱交換器11は、凝縮器(放熱側)として機能し、冷媒熱媒体熱交換器12は、第2系統の冷媒回路での蒸発器(吸熱側)として機能し、冷媒熱媒体熱交換器13は、第1系統の冷媒回路での蒸発器(吸熱側)として機能する。
 運転モード5における熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51が設けられ、ポンプP2を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、外部熱交換器5、温調対象物用熱交換器63,61,62が設けられ、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13とクーラーコア52が設けられる。
 この運転モード5は、除湿暖房(吸熱温調)を行う運転モードであり、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11を流れる熱媒体をヒーターコア51に限定して流すことで暖房運転を行い、吸熱側が冷媒熱媒体熱交換器12を有する独立回路と冷媒熱媒体熱交換器13を有する独立回路に分かれて、暖房運転に必要な熱を各所から吸熱する。また、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13を有する独立回路にクーラーコア51を単独で設けることで、車室内の除湿を効果的に行っている。
 運転モード6の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V5,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3,V4をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード6の冷媒回路1Uは、開閉弁31V,32Vを何れも閉にして、運転モード4と同様に、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12を凝縮器(放熱側)とし、冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器(吸熱側)とし、減圧部14A,14Bの減圧量を調整して、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12とで段階的な放熱を行う。
 運転モード6の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、温調対象物用熱交換器60を設け、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13、外部熱交換器5を設けている。
 この運転モード6は、外気吸熱を行って、室内空調装置50を暖房運転しながら、バッテリーの加熱(暖機)を行う運転モードであり、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11を流れる高温の温水をヒーターコア51に流して、室内空調装置50の暖房運転を行い、もう一つの放熱側の冷媒熱媒体熱交換器12を流れる比較的低温の温水を温調対象物用熱交換器60に流してバッテリーの加熱を行う。これによると、冷媒回路1Uにより異なる温度帯の熱媒体を生成することで、熱効率よく所望の温度で暖房とバッテリー加熱を行うことができる。
 運転モード7の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3,V4,V5をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード7の冷媒回路1は、開閉弁31Vを開、開閉弁32Vを閉にし、減圧部14Aを閉止することで、圧縮機10から冷媒熱媒体熱交換器11、バイパス冷媒流路31、冷媒熱媒体熱交換器13を経由して圧縮機10に戻る(冷媒熱媒体熱交換器12を迂回した)回路が構成されている。
 運転モード7の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、冷媒と熱交換しない冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、温調対象物用熱交換器60,61,62,63を設け、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13と外部熱交換器5を設けている。
 この運転モード7は、外気吸熱を行って、室内空調装置50を暖房運転しながら、バッテリー等の温調対象物の蓄廃熱を行う運転モードであり、外気吸熱によって室内空調装置50の暖房運転を行いながら、温調対象物用熱交換器60,61,62,63を流れる熱媒体を冷媒回路1Uから切り離した回路にし、その回路に蓄熱用又は廃熱用のタンク6を設けている。これによると、バッテリー等の温調対象物の熱を効率的に蓄廃熱することができる。
 運転モード8の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3,V4,V5をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード8の冷媒回路1Uは、開閉弁31V,32Vを開にして、運転モード5と同様に、冷媒熱媒体熱交換器12を迂回する第1系統の冷媒回路と冷媒熱媒体熱交換器13を迂回する第2系統の冷媒回路を構成している。
 運転モード8の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、温調対象物用熱交換器60,61,62,63を設け、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13と外部熱交換器5を設けている。
 運転モード8は、外気吸熱を行って、室内空調装置50を暖房運転しながら、バッテリー等の温調対象物の蓄熱を利用する運転モードであり、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12は、前述した運転モード6においてタンク6やバッテリー等の温調対象物に蓄熱された熱を吸熱することで、外気吸熱と合わせて、暖房に必要な熱を調達している。
 運転モード9の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3~V6をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路を形成している。また、ここではポンプP3は停止させる。運転モード9の冷媒回路1Uは、開閉弁31Vを閉、開閉弁32Vを開、減圧部14B閉にすることで、冷媒熱媒体熱交換器13を迂回する冷媒回路を構成している。この際、冷媒熱媒体熱交換器13は冷媒回路1から外れており、冷媒熱媒体熱交換器13を経由する流路103とクーラーコア52に熱媒体を流す流路は不使用状態になる。
 運転モード9の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、温調対象物用熱交換器60,61,62,63を設けている。
 この運転モード9は、蓄熱利用によって室内空調装置50を暖房運転させる運転モードであり、冷媒回路1Uは、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12を有する独立回路において、運転モード6でタンク6やバッテリー等の温調対象物に蓄熱された熱を吸熱して暖房運転を行う。
 運転モード10の熱媒体回路100は、切替弁V1,V3,V5,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V2,V4をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード10の冷媒回路1Uは、運転モード4などと同様に、開閉弁31V,32Vを共に閉にして、冷媒熱媒体熱交換器11と冷媒熱媒体熱交換器12を凝縮器(放熱側)として機能させ、冷媒熱媒体熱交換器13を蒸発器(吸熱側)として機能させている。
 運転モード10の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、タンク6、外部熱交換器5を設け、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13とバッテリー用の温調対象物用熱交換器60を設けている。
 この運転モード10は、蓄熱利用によって停車中の除霜暖房を行う運転モードであり、バッテリーに蓄熱された熱を冷媒熱媒体熱交換器13にて吸熱して冷媒回路1Uを動作させ、冷媒熱媒体熱交換器12にて放出された熱とタンク6に蓄熱された熱によって加熱された熱媒体を外部熱交換器5に流すことで、外部熱交換器5の除霜を行う。
 運転モード11の熱媒体回路100は、切替弁V1,V3,V6を非デフォルト状態にし、他の切替弁V2,V4,V5をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード11は、蓄熱利用によって走行中の除霜暖房を行う運転モードであり、切替弁V5の切り替え状態以外は運転モード10と同じである。この運転モード11では、運転中に発生する温調対象物(インバーター、モーター、パワーコントロールユニットなど)の熱と冷媒熱媒体熱交換器12の放熱とタンク6の蓄熱を、外部熱交換器5の除霜に利用する。
 運転モード12の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V5を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3,V4,V6をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路を形成し、ポンプP3を停止させる。
 運転モード12は、補助熱源7の熱を吸熱して冷媒回路1Uを動作することで、室内空調装置50を暖房運転しながらバッテリーの加熱を行っている。この運転モード12は、切替弁V5の切り替え以外は運転モード9と同様である。
 運転モード12では、補助熱源7にて付加された熱が冷媒熱媒体熱交換器12にて冷媒に吸熱され、また、温調対象物用熱交換器60では、補助熱源7にて付加された熱とタンク6に蓄積された熱でバッテリーが加熱される。この際、バッテリー加熱に利用される熱媒体の温度は、補助熱源7の発熱量で適宜調整することができるので、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11を有する独立回路を流れる熱媒体の温度とは異なる温度帯に調整することができ、適正な温度で暖房運転を行いながらバッテリー加熱が可能になる。
 運転モード13の熱媒体回路100は、切替弁V1,V2,V4を非デフォルト状態にし、他の切替弁V3,V5,V6をデフォルト状態にすることで、ポンプP1を含む独立回路と、ポンプP2を含む独立回路と、ポンプP3を含む独立回路を形成する。運転モード13の冷媒回路1Uは、運転モード8と同様であり、開閉弁31V,32Vを共に開にして、冷媒熱媒体熱交換器12を迂回する第1系統の冷媒回路と、冷媒熱媒体熱交換器13を迂回する第2系統の冷媒回路を構成している。
 運転モード13の熱媒体回路100は、ポンプP1を含む独立回路に、放熱側の冷媒熱媒体熱交換器11とヒーターコア51を設け、ポンプP2を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器12、補助熱源7、タンク6、温調対象物用熱交換器60,61,62,63を設け、ポンプP3を含む独立回路に、吸熱側の冷媒熱媒体熱交換器13とクーラーコア52を設けている。
 運転モード13は、補助熱源7の熱を付加しながら、車室内の熱と温調対象物の廃熱・蓄熱を吸熱する冷媒回路1Uの動作で室内空調装置50の暖房運転を行っている。運転モード13では、第1系統の蒸発器として機能する冷媒熱媒体熱交換器13において、クーラーコア52を介して回収された車室内の熱が冷媒に吸熱され、第2系統の冷媒回路で蒸発器として機能する冷媒熱媒体熱交換器12において、補助熱源7で付加された熱やタンク6の蓄熱、バッテリー等の温調対象物の蓄廃熱が冷媒に吸熱される。
 以上説明したように、本発明の実施形態に係る熱媒体温調システム1は、熱媒体回路100が、システム異常時に、ポンプP1,P2,P3と複数の温調対象熱交換器(ヒーターコア51、クーラーコア52、外部熱交換器5、温調対象物用熱交換器60,61,62,63など)を繋ぐ直列流路100Tを形成するので、システム異常があっても、熱媒体回路100の直列流路100T全体に温調管理した熱媒体を循環させることができ、直列流路100Tに繋がる多くの温調対象に対して所望の温調を行うことができる。
 そして、直列流路100Tが流路切替装置100Aにおける非通電時のデフォルト状態で形成されることで、システム異常時に流路切替装置100Aが非通電になると自動的に前述した直列流路100Tが形成される構成にすることができ、フェールセーフの実現が可能になる。
 また、熱媒体回路100は、流路切替装置100Aによって複数の独立回路を形成し、独立回路毎にポンプ(P1,P2,P3)と温調対象熱交換器(ヒーターコア51、クーラーコア52、外部熱交換器5、温調対象物用熱交換器60,61,62,63など)を備えているので、独立回路毎に異なる温度帯で熱媒体を流すことができ、複数の温度帯で温調対象を温度管理することができる。
 また、熱媒体温調システム1は、熱源として、複数の冷媒熱媒体熱交換器(11,12,13)を有する冷媒回路1Uを備えており、前述した独立回路の各々には、少なくとも1つの冷媒熱媒体熱交換器(11,12,13)が設けられている。これによると、各冷媒熱媒体熱交換器(11,12,13)の吸放熱機能によって、独立回路を流れる熱媒体の温度帯を適宜設定することできる。
 特に、冷媒回路1Uが、少なくとも3つ以上の冷媒熱媒体熱交換器のうち2つ以上を選択して、選択した冷媒熱媒体熱交換器の一部を凝縮器とし他部の蒸発器とすることで、前述した冷媒回路1Uの各種動作モードを実現することができる。これにより、室内空調装置50のヒーターコア51とクーラーコア52を有する直列流路100Tに対して、室内空調装置50における送風流路の切り替えを加えることで、システム異常時であっても暖房運転と冷房運転の切り替えを行うことができる。
 この際、熱媒体温調システム1は、直列流路100Tが、熱媒体と外気とが熱交換する外部熱交換器5、冷媒熱媒体熱交換器の1つである蒸発器、温調対象熱交換器の1つであるクーラーコア52、他の温調対象熱交換器である温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)の順に熱媒体を流すようにしている。
 これは、冷房時はクーラーコア52の要求温度が温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)の要求温度よりも低いため、外部熱交換器5、蒸発器、クーラーコア52、温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)の順で熱媒体を流すことで、冷房運転時に直列流路100Tになった場合であっても、外部熱熱交換器5で熱媒体の熱を放熱した後に蒸発器で熱媒体を冷却できるようになる。そのため、冷房運転の快適性への影響を抑えつつ、温調対象物の冷却ができ、走行停止などの事態を回避することが可能になる。
 また、熱媒体温調システム1では、直列流路100Tが、冷媒熱媒体熱交換器の1つである凝縮器、温調対象熱交換器の1つであるヒーターコア51、外部熱交換器5の順に熱媒体を流すようにしている。これによると、凝縮器、ヒーターコア51、外部熱交換器5の順で熱媒体を流すことで、暖房時にはヒーターコア51で放熱し、冷房時にはエアミクスドア53等でヒーターコア51での熱交換を抑制しつつ、外部熱交換器5で放熱できるようになる。
 その際、外気熱交換器5の下流側は、前述したように、外部熱交換器5、蒸発器、クーラーコア52、温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)の順で熱媒体が流れることで、冷房時に凝縮器で熱交換した熱媒体が、外部熱交換器5で放熱された後に蒸発器に流れるため、直接蒸発器に流れることがなくなり、空調運転時の影響を抑えることができる。また、外部熱交換器5の下流側に設けられる温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)にも、凝縮器で加熱された熱媒体が直接流れることがなくなるため、ヒーターコア52で利用されるような高い温度帯の熱媒体が温調対象物用熱交換器(60,61,62,63)へ流れることを防ぎ、温調対象の温度が高くなりすぎることを防ぐことができる。
 さらに、暖房時にはヒーターコア52から出た熱媒体を外部熱交換器5、蒸発器の順で流せるため、ヒーターコア52から出た熱媒体の熱を外部熱交換器5の除霜や蒸発器の熱源として利用することが可能になる。
 そして、熱媒体温調システム1は、直列流路100Tが、必要に応じて、ヒーターコア52の入口側に熱媒体を加熱する補助熱源7を設けているので、この補助熱源7を、異常時暖房運転における温調熱源や冷媒回路1U不作動時の暖房やバッテリー加熱の熱源とすることができ、また、前述したように、ヒーターコア52から出た熱媒体の熱を外部熱交換器5の除霜や蒸発器の熱源として利用する場合の熱付加に利用することができる。
 以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
1:熱媒体温調システム,
1U:冷媒回路,1A:冷媒回路制御装置,31,32:バイパス冷媒流路,
5:外部熱交換器,6:タンク,7:補助熱源,10:圧縮機,
11,12,13:冷媒熱媒体熱交換器,14A,14B:減圧部,
15:逆流防止手段,20,21,22,23:冷媒流路,
31A,32A:分岐部,31B,32B:合流部,
31V,32V:開閉弁,50:室内空調装置,
51:ヒーターコア,52:クーラーコア,
60,61,62,63:温調対象物用熱交換器,
100:熱媒体回路,100A:流路切替装置,100T:直列流路,
101,102,103,110,111,112,120,121,122,123,130,131,132,133,140,141,142,150,151,160,161:流路,
150A,160A,161A:合流部,
200:制御装置,
V1,V2,V3,V4,V5,V6:切替弁,
U:ユニット,P1,P2,P3:ポンプ

Claims (8)

  1.  熱源との熱交換で温度管理された熱媒体を循環させる熱媒体回路を備え、前記熱媒体回路が熱媒体を圧送するポンプを備えると共に温調対象との間で熱交換する複数の温調対象熱交換器を備える熱媒体温調システムであって、
     前記熱媒体回路は、システム異常時に、前記ポンプと前記複数の温調対象熱交換器を繋ぐ直列流路を形成することを特徴とする熱媒体温調システム。
  2.  前記直列流路は、前記熱媒体回路が備える流路切替装置の非通電状態で形成されることを特徴とする請求項1記載の熱媒体温調システム。
  3.  前記熱媒体回路は、前記流路切替装置によって複数の独立回路を形成し、
     前記独立回路毎に、前記ポンプと前記温調対象熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の熱媒体温調システム。
  4.  複数の冷媒熱媒体熱交換器を有する冷媒回路を備え、
     前記独立回路の各々には、少なくとも1つの前記冷媒熱媒体熱交換器が設けられることを特徴とする請求項3記載の熱媒体温調システム。
  5.  前記直列流路は、
     熱媒体と外気とが熱交換する外部熱交換器、前記冷媒熱媒体熱交換器の1つである蒸発器、前記温調対象熱交換器の1つである室内空調装置のクーラーコア、他の前記温調対象熱交換器である温調対象物用熱交換器の順に熱媒体を流すことを特徴とする請求項4記載の熱媒体温調システム。
  6.  前記直列流路は、
     前記冷媒熱媒体熱交換器の1つである凝縮器、前記温調対象熱交換器の1つである室内空調装置のヒーターコア、前記外部熱交換器の順に熱媒体を流すことを特徴とする請求項5記載の熱媒体温調システム。
  7.  前記直列流路は、
     前記ヒーターコアの入口側に熱媒体を加熱する補助熱源を設けることを特徴とする請求項6記載の熱媒体温調システム。
  8.  前記冷媒回路は、少なくとも3つ以上の前記冷媒熱媒体熱交換器のうち2つ以上を選択して、選択した前記冷媒熱媒体熱交換器の一部を凝縮器とし他部の蒸発器とすることを特徴とする請求項4~7のいずれか1項記載の熱媒体温調システム。
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