JP7328171B2 - 熱管理装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、熱管理装置に関する。

特許文献１には、車両に搭載される熱管理装置が開示されている。この熱管理装置は、熱媒体が循環する複数の熱回路（ヒータ回路、エンジン回路等）を有している。この熱管理装置は、熱媒体との熱交換によって、暖房運転や冷房運転を行うことができる。

特開２０１７－１５０３５２号公報

ラジエータによって熱回路内の熱媒体を加熱し、加熱された熱媒体を熱源として暖房運転を行う熱管理装置がある。この種の熱管理装置では、ラジエータに低温の熱媒体が流入し、ラジエータ内で外気との熱交換によって熱媒体が加熱される。この場合、ラジエータは、熱媒体によって冷却される。ラジエータが冷却されると、ラジエータの表面に霜が着く場合がある。暖房運転中にラジエータに霜が着くと、ラジエータにおける熱交換効率が低下する。したがって、本明細書では、ラジエータに着いた霜を除去する除霜運転が可能な熱管理装置を提案する。

本明細書が開示する熱管理装置は、車両に搭載される場合がある。この熱管理装置は、熱媒体が循環する熱回路であって、互いに接続されたラジエータ経路、バイパス経路、電気機器経路及び暖房経路を有する熱回路と、前記ラジエータ経路内の熱媒体と外気とを熱交換させるラジエータと、前記電気機器経路によって冷却される電気機器と、前記車両の室内を暖房する暖房器と、前記熱回路内の熱媒体の流路を変更する少なくとも１つの制御弁と、制御装置と、を有する。前記制御装置が、第１動作を実行した後に第２動作を実行する。前記第１動作が、第１暖房運転と蓄熱運転を同時に実行する動作である。前記第２動作が、除霜運転を実行する動作である。前記第１暖房運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記ラジエータ経路と前記暖房経路を含む第１循環流路に熱媒体を循環させながら、前記ラジエータによって前記ラジエータ経路内の熱媒体を加熱するとともに前記暖房器によって前記暖房経路内の熱媒体の熱を利用して暖房を実行する。前記蓄熱運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記電気機器経路と前記バイパス経路を含む第２循環流路に熱媒体を循環させる。前記除霜運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記電気機器経路と前記ラジエータ経路を含む第３循環流路に熱媒体を循環させる。

なお、第１動作の後に第２動作が連続的に実行されてもよいし、第１動作の後に別の動作が実行されてその後に第２動作が実行されてもよい。

また、ラジエータ経路、バイパス経路、電気機器経路及び暖房経路は、直接接続されていてもよいし、他の経路を介して接続されていてもよい。

この熱管理装置では、第１動作の第１暖房運転において、ラジエータ経路と暖房経路を含む第１循環流路に熱媒体が循環する。第１暖房運転では、ラジエータによってラジエータ経路内の熱媒体が加熱されるので、ラジエータによって加熱された高温の熱媒体が暖房経路に流入する。暖房器は、暖房経路内の高温の熱媒体の熱を利用して暖房を行う。暖房経路内では、熱媒体の熱が暖房器に供給されるので、熱媒体が冷却される。したがって、暖房経路内で冷却された低温の熱媒体がラジエータに流入する。低温の熱媒体によってラジエータが冷却されると、ラジエータに霜が着く場合がある。第１動作では、第１暖房運転と同時に蓄熱運転が実行される。蓄熱運転では、電気機器経路とバイパス経路を含む第２循環流路に熱媒体が循環する。電気機器経路では、電気機器と熱媒体との熱交換によって、電気機器が冷却されるとともに熱媒体が加熱される。したがって、蓄熱運転では、時間の経過とともに第２循環流路内の熱媒体の温度が上昇する。第１動作の後に、第２動作（すなわち、除霜運転）が実行される。除霜運転では、電気機器経路とラジエータ経路を含む第３循環流路に熱媒体が循環する。第１動作の蓄熱運転において電気機器経路内の熱媒体が加熱されているので、除霜運転では電気機器経路内の高温の熱媒体がラジエータ経路に流入する。このため、除霜運転では、高温の熱媒体によってラジエータが加熱される。すると、ラジエータから霜が蒸発して除去される。このように、除霜運転を行うことで、ラジエータから霜を除去することができる。したがって、除霜運転の後に、高い熱交換効率でラジエータを使用することが可能となる。

実施形態の熱管理装置の回路図。 第１動作と第２動作における熱媒体の温度Ｔ１、Ｔ２の変化を示すグラフ。 第１動作を示す回路図。 第２動作を示す回路図（バッテリを熱源とする第２暖房運転を行う場合）。 第２動作を示す回路図（ヒータを熱源とする第２暖房運転を行う場合）。 冷房運転を示す回路図。 バッテリ冷却運転を示す回路図。 電気機器冷却運転を示す回路図。 変形例の熱管理装置の回路図。 変形例の熱管理装置の回路図。

本明細書が開示する熱管理装置の技術要素を、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記制御装置が、前記第１動作と前記第２動作を交互に実行してもよい。

この構成によれば、第１暖房動作を高効率で繰り返し実行することができる。なお、第２動作の後に連続的に第１動作が実行されてもよいし、第２動作の後に別の動作が実行されてその後に第１動作が実行されてもよい。

本明細書が開示する一例の熱管理装置は、発熱体をさらに有していてもよい。また、前記第２動作が、前記除霜運転と第２暖房運転を同時に実行する動作であってもよい。また、前記第２暖房運転では、前記制御装置が、前記暖房器によって前記発熱体を熱源とした暖房を実行してもよい。

この構成によれば、第１動作では第１暖房運転が実行され、第２動作では第２暖房運転が実行されるので、暖房運転を継続的に実行することができる。

本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記発熱体が、前記車両を走行させるモータに電力を供給するバッテリであってもよい。

この構成によれば、バッテリの排熱を利用して第２暖房運転を実行することができる。

本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記発熱体が、ヒータであってもよい。

本明細書が開示する一例の熱管理装置は、ヒートポンプと熱媒体が循環する暖房熱回路をさらに有していてもよい。前記ヒートポンプが、前記暖房経路内の熱媒体から吸熱する第１熱交換器と、前記暖房熱回路内の熱媒体に放熱する第２熱交換器を有していてもよい。前記暖房器が、前記暖房熱回路内の熱媒体と前記車両の室内の空気との熱交換によって、前記車両の室内の空気を加熱してもよい。

この構成によれば、ヒートポンプと暖房器の組み合わせによってより高効率で第１暖房運転を実行することができる。

本明細書が開示する一例の熱管理装置では、前記第１循環流路が、前記第２循環流路から分離されていてもよい。

この構成によれば、第１循環流路内の熱媒体が第２循環流路内の熱媒体と混ざることを防止できる。これによって、第１暖房運転を高効率で実行することができる。

図１に示す実施形態の熱管理装置１００は、第１熱回路１０、第２熱回路２０、及び、第３熱回路３０を有している。第１熱回路１０、第２熱回路２０、及び、第３熱回路３０のそれぞれの内部に、熱媒体が流れる。第１熱回路１０、第２熱回路２０、及び、第３熱回路３０の間で、熱媒体の流路が独立している。第１熱回路１０、第２熱回路２０、及び、第３熱回路３０内の熱媒体の材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、熱媒体として、ハイドロフルオロカーボンを用いることができる。熱管理装置１００は、車両に搭載されている。熱管理装置１００は、エバポレータ６３を用いて車室内の空気を冷却する冷房動作を実行することができる。また、熱管理装置１００は、ヒータコア７４を用いて車室内の空気を加熱する暖房動作を実行することができる。また、熱管理装置１００は、バッテリ５１、トランスアクスル４３、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）４７、及び、ＳＰＵ（スマートパワーユニット）４６を冷却することができる。

第１熱回路１０は、低温ラジエータ経路１１、バイパス経路１２、電気機器経路１３、バッテリ経路１４、チラー経路１５、接続経路１６、及び、接続経路１７を有している。

低温ラジエータ経路１１には、低温ラジエータ４１が設置されている。低温ラジエータ４１は、低温ラジエータ経路１１内の熱媒体と外気（すなわち、車両の外部の空気）とを熱交換させる。外気の温度が低温ラジエータ経路１１内の熱媒体の温度よりも低ければ、低温ラジエータ４１によって低温ラジエータ経路１１内の熱媒体が冷却される。外気の温度が低温ラジエータ経路１１内の熱媒体の温度よりも高ければ、低温ラジエータ４１によって低温ラジエータ経路１１内の熱媒体が加熱される。

電気機器経路１３の下流端は、三方弁４２を介してバイパス経路１２の上流端と低温ラジエータ経路１１の上流端に接続されている。電気機器経路１３の上流端は、バイパス経路１２の下流端と低温ラジエータ経路１１の下流端に接続されている。電気機器経路１３には、ポンプ４８が設置されている。ポンプ４８は、電気機器経路１３内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁４２は、電気機器経路１３から低温ラジエータ経路１１に熱媒体が流れる状態と、電気機器経路１３からバイパス経路１２に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁４２が電気機器経路１３から低温ラジエータ経路１１に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ４８が作動すると、電気機器経路１３と低温ラジエータ経路１１により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁４２が電気機器経路１３からバイパス経路１２に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ４８が作動すると、電気機器経路１３とバイパス経路１２により構成される循環流路に熱媒体が循環する。

電気機器経路１３には、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、オイルクーラ４５が設置されている。ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７はポンプ４８の上流に設置されており、オイルクーラ４５はポンプ４８の下流に設置されている。ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７は、電気機器経路１３内の熱媒体との熱交換によって冷却される。オイルクーラ４５は、熱交換器である。オイルクーラ４５には、オイル循環路１８が接続されている。オイルクーラ４５は、電気機器経路１３内の熱媒体とオイル循環路１８内のオイルとの熱交換によって、オイル循環路１８内のオイルを冷却する。オイル循環路１８は、トランスアクスル４３の内部を通るように配設されている。トランスアクスル４３は、モータを内蔵している。トランスアクスル４３が内蔵するモータは、車両の駆動輪を回転させる走行用モータである。オイル循環路１８の一部は、モータの摺動部（すなわち、軸受部）によって構成されている。すなわち、オイル循環路１８内のオイルは、モータ内部の潤滑油である。オイル循環路１８には、オイルポンプ４４が設置されている。オイルポンプ４４は、オイル循環路１８内のオイルを循環させる。オイルクーラ４５で冷却されたオイルがオイル循環路１８を循環すると、トランスアクスル４３が内蔵するモータが冷却される。ＳＰＵ４６は、バッテリ５１の充放電を制御する。ＰＣＵ４７は、バッテリ５１から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力をトランスアクスル４３が内蔵するモータに供給する。

チラー経路１５の下流端は、三方弁４９を介してバッテリ経路１４の上流端と接続経路１６の上流端に接続されている。チラー経路１５の上流端は、バッテリ経路１４の下流端と接続経路１７の下流端に接続されている。接続経路１７の上流端は、低温ラジエータ経路１１によって接続経路１６の下流端に接続されている。チラー経路１５には、ポンプ５３が設置されている。ポンプ５３は、チラー経路１５内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁４９は、チラー経路１５からバッテリ経路１４に熱媒体が流れる状態と、チラー経路１５から接続経路１６に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁４９がチラー経路１５からバッテリ経路１４に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ５３が作動すると、チラー経路１５とバッテリ経路１４により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁４９がチラー経路１５から接続経路１６に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ５３が作動すると、チラー経路１５、接続経路１６、低温ラジエータ経路１１、及び、接続経路１７により構成される循環流路に熱媒体が循環する。

チラー経路１５には、チラー５２が設置されている。チラー５２は、ポンプ５３の下流に設置されている。チラー５２は、チラー経路１５内の熱媒体と第２熱回路２０内（より詳細には、後述するチラー経路２２内）の熱媒体との熱交換によって、チラー経路１５内の熱媒体を冷却する。

バッテリ経路１４には、ヒータ５０とバッテリ５１が設置されている。バッテリ５１は、ＰＣＵ４７に直流電力を供給する。すなわち、バッテリ５１は、ＰＣＵ４７を介してトランスアクスル４３が内蔵するモータに電力を供給する。バッテリ５１は、バッテリ経路１４内の熱媒体との熱交換によって冷却される。ヒータ５０は、バッテリ５１の上流に設置されている。ヒータ５０は、電気式のヒータであり、バッテリ経路１４内の熱媒体を加熱する。

第２熱回路２０は、チラー経路２２、エバポレータ経路２４、及び、コンデンサ経路２６を有している。コンデンサ経路２６の下流端は、三方弁６５を介してチラー経路２２の上流端とエバポレータ経路２４の上流端に接続されている。コンデンサ経路２６の上流端は、チラー経路２２の下流端とエバポレータ経路２４の下流端に接続されている。コンデンサ経路２６には、コンプレッサ６６が設置されている。コンプレッサ６６は、コンデンサ経路２６内の熱媒体を加圧しながら下流へ送出する。三方弁６５は、コンデンサ経路２６からチラー経路２２に熱媒体が流れる状態と、コンデンサ経路２６からエバポレータ経路２４に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁６５がコンデンサ経路２６からチラー経路２２に熱媒体が流れるように制御された状態でコンプレッサ６６が作動すると、コンデンサ経路２６とチラー経路２２によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁６５がコンデンサ経路２６からエバポレータ経路２４に熱媒体が流れるように制御された状態でコンプレッサ６６が作動すると、コンデンサ経路２６とエバポレータ経路２４によって構成される循環流路に熱媒体が循環する。

コンデンサ経路２６には、コンデンサ６７とモジュレータ６８が設置されている。コンデンサ６７はコンプレッサ６６の下流に設置されており、モジュレータ６８はコンデンサ６７の下流に設置されている。コンプレッサ６６によって送出される熱媒体は、高温の気体である。このため、コンデンサ６７には、高温の気体である熱媒体が流入する。コンデンサ６７は、コンデンサ経路２６内の熱媒体と第３熱回路３０内（より詳細には、後述するコンデンサ経路３２内）の熱媒体との熱交換によって、コンデンサ経路２６内の熱媒体を冷却する。コンデンサ経路２６内の熱媒体は、コンデンサ６７内で冷却されることで凝縮する。したがって、コンデンサ６７を通過した熱媒体は、低温の液体である。したがって、モジュレータ６８には、低温の液体である熱媒体が流入する。モジュレータ６８は、液体である熱媒体中から気泡を除去する。

チラー経路２２には、膨張弁６１、及び、チラー５２が設置されている。膨張弁６１の下流にチラー５２が設置されている。膨張弁６１には、モジュレータ６８を通過した熱媒体（すなわち、低温の液体である熱媒体）が流入する。熱媒体は、膨張弁６１を通過するときに減圧される。したがって、チラー５２には、低圧、低温の液体の熱媒体が流入する。チラー５２は、チラー経路２２内の熱媒体とチラー経路１５内の熱媒体との熱交換によって、チラー経路２２内の熱媒体を加熱するとともにチラー経路１５内の熱媒体を冷却する。チラー５２内では、チラー経路２２内の熱媒体が加熱によって蒸発する。このため、チラー経路２２内の熱媒体は、チラー経路１５内の熱媒体から効率的に吸熱する。これにより、チラー経路１５内の熱媒体が効率的に冷却される。チラー５２を通過したチラー経路２２内の熱媒体（すなわち、高温の気体である熱媒体）は、コンプレッサ６６で加圧されて、コンデンサ６７へ送られる。

エバポレータ経路２４には、膨張弁６４、エバポレータ６３、及び、ＥＰＲ（エバポレータプレッシャレギュレータ）６２が設置されている。膨張弁６４の下流にエバポレータ６３が設置されており、エバポレータ６３の下流にＥＰＲ６２が設置されている。膨張弁６４には、モジュレータ６８を通過した熱媒体（すなわち、低温の液体である熱媒体）が流入する。熱媒体は、膨張弁６４を通過するときに減圧される。したがって、エバポレータ６３には、低圧、低温の液体の熱媒体が流入する。エバポレータ６３は、エバポレータ経路２４内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、熱媒体を加熱するとともに車室内の空気を冷却する。すなわち、エバポレータ６３によって、車室内の冷房が実行される。エバポレータ６３内では、熱交換によって熱媒体が加熱されることで、熱媒体が蒸発する。このため、熱媒体は、車室内の空気から効率的に吸熱する。これにより、車室内の空気が効率的に冷却される。ＥＰＲ６２は、エバポレータ経路２４内の熱媒体の流量を制御することで、エバポレータ６３内の圧力を略一定に制御する。ＥＰＲ６２を通過した熱媒体（すなわち、高温の気体である熱媒体）は、コンプレッサ６６で加圧されて、コンデンサ６７へ送られる。

第３熱回路３０は、コンデンサ経路３２、ヒータコア経路３４、及び、高温ラジエータ経路３６を有している。コンデンサ経路３２の下流端は、三方弁７３を介してヒータコア経路３４の上流端と高温ラジエータ経路３６の上流端に接続されている。コンデンサ経路３２の上流端は、ヒータコア経路３４の下流端と高温ラジエータ経路３６の下流端に接続されている。コンデンサ経路３２には、ポンプ７２が設置されている。ポンプ７２は、コンデンサ経路３２内の熱媒体を下流へ送出する。三方弁７３は、コンデンサ経路３２からヒータコア経路３４に熱媒体が流れる状態と、コンデンサ経路３２から高温ラジエータ経路３６に熱媒体が流れる状態との間で流路を切り換える。三方弁７３がコンデンサ経路３２からヒータコア経路３４に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ７２が作動すると、コンデンサ経路３２とヒータコア経路３４により構成される循環流路に熱媒体が循環する。三方弁７３がコンデンサ経路３２から高温ラジエータ経路３６に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ７２が作動すると、コンデンサ経路３２と高温ラジエータ経路３６により構成される循環流路に熱媒体が循環する。

コンデンサ経路３２には、コンデンサ６７とヒータ７１が設置されている。ポンプ７２の下流にコンデンサ６７が設置されており、コンデンサ６７の下流にヒータ７１が設置されている。コンデンサ６７は、コンデンサ経路３２内の熱媒体とコンデンサ経路２６内の熱媒体との熱交換によって、コンデンサ経路３２内の熱媒体を加熱するとともにコンデンサ経路２６内の熱媒体を冷却する。ヒータ７１は、電気式のヒータであり、コンデンサ経路３２内の熱媒体を加熱する。

ヒータコア経路３４には、ヒータコア７４が設置されている。ヒータコア７４は、ヒータコア経路３４内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。すなわち、ヒータコア７４によって、車室内の暖房が実行される。

高温ラジエータ経路３６には、高温ラジエータ７５が設置されている。高温ラジエータ７５は、高温ラジエータ経路３６内の熱媒体と外気との熱交換によって、高温ラジエータ経路３６内の熱媒体を冷却する。

熱管理装置１００は、制御装置８０を有している。制御装置８０は、熱管理装置１００の各部を制御する。

（除霜暖房運転）
制御装置８０は、除霜暖房運転を実行することができる。除霜暖房運転では、制御装置８０は、図２に示すように、第１動作と第２動作を交互に実行する。なお、図２の温度Ｔ１は低温ラジエータ４１の出口における熱媒体の温度を示しており、図２の温度Ｔ２は電気機器経路１３内の熱媒体の温度を示している。第１動作では、制御装置８０は、第１暖房運転と蓄熱運転を同時に実行する。第２動作では、制御装置８０は、除霜運転と第２暖房運転を同時に実行する。以下に、第１動作と第２動作について、説明する。

第１動作では、制御装置８０が、図３に示すように熱管理装置１００の各部を制御する。上述したように、第１動作では、制御装置８０は、第１暖房運転と蓄熱運転を同時に実行する。図３において、循環流路１０２、１０４、１０６は第１暖房運転に関わる循環流路であり、循環流路１０８は蓄熱運転に関わる循環流路である。

第１暖房運転について説明する。第３熱回路３０では、三方弁７３がコンデンサ経路３２からヒータコア経路３４に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ７２が作動する。したがって、コンデンサ経路３２とヒータコア経路３４によって構成される循環流路１０２に熱媒体が循環する。第２熱回路２０では、三方弁６５がコンデンサ経路２６からチラー経路２２に熱媒体が流れるように制御され、コンプレッサ６６が作動する。したがって、コンデンサ経路２６とチラー経路２２によって構成される循環流路１０４に熱媒体が循環する。第１熱回路１０では、三方弁４９がチラー経路１５から接続経路１６に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ５３が作動する。したがって、チラー経路１５、接続経路１６、低温ラジエータ経路１１、及び、接続経路１７によって構成される循環流路１０６に熱媒体が循環する。

循環流路１０６では、低温ラジエータ４１に、チラー５２で冷却された低温の熱媒体が流入する。したがって、低温ラジエータ４１に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも低い。このため、低温ラジエータ４１内で熱媒体が加熱される。その結果、低温ラジエータ４１によって加熱された高温の熱媒体がチラー５２に流入する。チラー５２では、チラー経路１５（すなわち、循環流路１０６）内の熱媒体が冷却され、チラー経路２２（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が加熱される。したがって、循環流路１０４では、チラー５２によって加熱された高温の熱媒体がコンデンサ６７に流入する。コンデンサ６７では、コンデンサ経路２６（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が冷却され、コンデンサ経路３２（すなわち、循環流路１０２）内の熱媒体が加熱される。したがって、循環流路１０２では、コンデンサ６７によって加熱された高温の熱媒体がヒータコア７４に流入する。ヒータコア７４は、ヒータコア経路３４内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。ヒータコア７４で加熱された空気は、図示しないファンによって送風される。以上のようにして、第１暖房運転が実行され、車室内が暖房される。なお、上記の説明から明らかなように、第１暖房運転では、ヒータコア７４には、チラー経路１５内の熱媒体を介して熱が供給される。つまり、第１暖房運転では、ヒータコア７４は、チラー経路１５内の熱媒体の熱を利用して暖房を行う。言い換えると、第１暖房運転では、ヒータコア７４は、チラー経路１５内の熱媒体から熱の供給を受けて暖房を行う。

また、上述したように、第１暖房運転では、チラー５２によって冷却された熱媒体が、低温ラジエータ４１に流入する。このため、低温の熱媒体によって低温ラジエータ４１が冷却される。その結果、第１暖房運転中に、低温ラジエータ４１に霜が着く場合がある。特に、外気の温度、湿度が高い場合に、低温ラジエータ４１に霜が着きやすい。第１暖房運転中に、低温ラジエータ４１に付着している霜が増加する。低温ラジエータ４１に付着している霜が増加すると、低温ラジエータ４１における熱交換効率が低下し、低温ラジエータ４１内の熱媒体が加熱され難くなる。その結果、図２に示すように、第１動作中に低温ラジエータ４１の出口における熱媒体の温度Ｔ１が徐々に低くなる。このように、低温ラジエータ４１に霜が着くと、低温ラジエータ４１による熱媒体の加熱効率が低下し、暖房の効率が低下する。

次に、蓄熱運転について説明する。第１熱回路１０では、三方弁４２が電気機器経路１３からバイパス経路１２に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ４８が作動する。したがって、電気機器経路１３とバイパス経路１２によって構成される循環流路１０８に熱媒体が循環する。また、蓄熱運転では、オイルポンプ４４が作動し、オイル循環路１８内のオイルが循環する。

ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、トランスアクスル４３が内蔵するモータは、作動中に発熱する。循環流路１０８（すなわち、電気機器経路１３）に熱媒体が流れることで、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７が冷却される。また、オイルクーラ４５は、電気機器経路１３内の熱媒体によってオイル循環路１８内のオイルを冷却する。その結果、冷却されたオイルが、トランスアクスル４３が内蔵するモータに供給され、モータが冷却される。以上のようにして、蓄熱運転では、電気機器（すなわち、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、モータ）が冷却される。また、蓄熱運転では、循環流路１０８内の熱媒体が、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、オイルクーラ４５によって加熱される。循環流路１０８には、循環流路１０８内の熱媒体を冷却するデバイスが設置されていない。このため、図２に示すように、第１動作中に電気機器経路１３内の熱媒体の温度Ｔ２が徐々に上昇する。

第１動作の後に、第２動作が実行される。第２動作では、制御装置８０が、図４に示すように熱管理装置１００の各部を制御する。上述したように、第２動作では、制御装置８０は、第２暖房運転と除霜運転を同時に実行する。図４において、循環流路１０２、１０４、１１０は第２暖房運転に関わる循環流路であり、循環流路１１２は除霜運転に関わる循環流路である。

第２暖房運転について説明する。第３熱回路３０では、第１暖房運転と同様にして、循環流路１０２に熱媒体が循環する。第２熱回路２０では、第１暖房運転と同様にして、循環流路１０４に熱媒体が循環する。第１熱回路１０では、三方弁４９がチラー経路１５からバッテリ経路１４に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ５３が作動する。したがって、チラー経路１５とバッテリ経路１４によって構成される循環流路１１０に熱媒体が循環する。

バッテリ５１は、充電時や放電時に発熱する。循環流路１１０では、バッテリ経路１４内の熱媒体がバッテリ５１と熱交換する。これによって、バッテリ５１が冷却されるとともにバッテリ経路１４内の熱媒体が加熱される。したがって、バッテリ５１によって加熱された高温の熱媒体がチラー５２に流入する。したがって、第２暖房運転でも、第１暖房運転と同様に、ヒータコア７４に熱が供給される。すなわち、チラー５２では、チラー経路１５（すなわち、循環流路１１０）内の熱媒体が冷却され、チラー経路２２（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が加熱される。コンデンサ６７では、コンデンサ経路２６（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が冷却され、コンデンサ経路３２（すなわち、循環流路１０２）内の熱媒体が加熱される。ヒータコア７４は、循環流路１０２内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。以上のようにして、第２暖房運転が実行され、車室内が暖房される。なお、上記の説明から明らかなように、第２暖房運転では、ヒータコア７４は、バッテリ５１を熱源として暖房を行う。

次に、除霜運転について説明する。第１熱回路１０では、三方弁４２が電気機器経路１３から低温ラジエータ経路１１に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ４８が作動する。したがって、電気機器経路１３と低温ラジエータ経路１１によって構成される循環流路１１２に熱媒体が循環する。また、除霜運転では、オイルポンプ４４が作動し、オイル循環路１８内のオイルが循環する。

上述したように、電気機器経路１３内の熱媒体は、蓄熱運転中に高温となる。除霜運転では、三方弁４２が切り換えられて、電気機器経路１３内の高温の熱媒体が低温ラジエータ経路１１（すなわち、低温ラジエータ４１）に流入する。このため、図２に示すように、第２動作中に、低温ラジエータ４１の出口における熱媒体の温度Ｔ１が急激に上昇する。低温ラジエータ４１に流入する熱媒体の温度は、低温ラジエータ４１及び外気の温度よりも高い。このため、低温ラジエータ４１では、低温ラジエータ４１と熱媒体との熱交換によって、低温ラジエータ４１が加熱されるとともに熱媒体が冷却される。低温ラジエータ４１で熱媒体が冷却されるので、図２に示すように、第２動作中に、電気機器経路１３内の熱媒体の温度が低下する。また、除霜運転では、低温ラジエータ４１が加熱されることで、低温ラジエータ４１に付着している霜が蒸発し、低温ラジエータ４１から霜が除去される。これによって、低温ラジエータ４１の熱交換効率が回復する。したがって、第２動作後に実行される第１動作の第１暖房運転において、高効率で暖房を行うことができる。

以上に説明したように、除霜暖房運転では、第１動作において第１暖房運転が実行されているときに、同時に、蓄熱運転が実行されることで電気機器経路１３内の熱媒体が高温となる。そして、第１動作の後の第２動作において、電気機器経路１３内の高温の熱媒体が低温ラジエータ４１に供給されることによって、低温ラジエータ４１から霜が除去される。これによって、低温ラジエータ４１の熱交換効率が回復し、その後に実行される第１動作（すなわち、第１暖房運転）において高効率で暖房を行うことが可能となる。また、第２動作において、除霜運転と同時にバッテリ５１を熱源として利用する第２暖房運転が実行される。したがって、第１動作から第２動作にかけて連続的に暖房が行われる。図２のように第１動作と第２動作を繰り返し行うことで、高効率の暖房を継続的に行うことができる。

また、第２熱回路２０は、ヒートポンプを構成している。第１暖房運転では、第２熱回路２０は、チラー５２によってチラー経路１５から吸熱し、コンデンサ６７によってコンデンサ経路３２に放熱する。このように、ヒートポンプである第２熱回路２０を介してチラー経路１５からコンデンサ経路３２に熱を移動させることで、コンデンサ経路３２内の熱媒体をチラー経路１５内の熱媒体よりも高温まで高効率で加熱することができる。したがって、第１暖房運転では効率的に暖房を行うことができる。第２暖房運転でも、ヒートポンプである第２熱回路２０が利用されるので、効率的に暖房を行うことができる。

また、図３に示すように、第１動作では、循環流路１０６と循環流路１０８が分離されており、循環流路１０６内の熱媒体と循環流路１０８内の熱媒体が混ざらない。このため、第１暖房運転において低温ラジエータ４１に低温の熱媒体が供給され、低温ラジエータ４１で熱媒体を効率的に加熱することができる。また、蓄熱運転において循環流路１０８内の熱媒体の温度を高温まで上昇させることができる。したがって、除霜運転において高温の熱媒体を低温ラジエータ４１に供給することができ、低温ラジエータ４１から霜を効果的に除去することができる。

なお、図４の第２動作では、バッテリ５１を熱源として第２暖房運転が実行された。但し、バッテリ５１の温度は車両の状態によって変化するため、バッテリ５１の温度が熱媒体を加熱するのに十分でない場合がある。このため、バッテリ５１の温度が基準値よりも低い場合には、図５に示すように第２動作が実行されてもよい。図５では、除霜運転は図４と同様に実施される。図５では、循環流路１０２が第２暖房運転に関わる循環流路である。

図５の第２暖房運転では、第３熱回路３０の三方弁７３がコンデンサ経路３２からにヒータコア経路３４に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ７２が作動する。したがって、コンデンサ経路３２とヒータコア経路３４によって構成される循環流路１０２に熱媒体が循環する。図５の第２暖房運転には、第２熱回路２０と第１熱回路１０は関与しない。また、図５の第２暖房運転では、制御装置８０がヒータ７１を作動させる。

図５の循環流路１０２では、ヒータ７１によってコンデンサ経路３２内の熱媒体が加熱される。したがって、ヒータコア経路３４には、ヒータ７１によって加熱された高温の熱媒体が流入する。ヒータコア７４は、ヒータコア経路３４内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を加熱する。ヒータコア７４で加熱された空気は、図示しないファンによって送風される。以上のようにして、第２暖房運転が実行され、車室内が暖房される。なお、上記の説明から明らかなように、図５の第２暖房運転では、ヒータコア７４は、ヒータ７１を熱源として暖房を行う。

このように、バッテリ５１の温度に応じて図４の第２動作と図５の第２動作を選択的に実行することで、バッテリ５１の温度が低い場合でも第２暖房運転を行うことが可能となる。なお、他の実施形態では、第２暖房運転の熱源を常にヒータ７１としてもよい。また、第２暖房運転の熱源は、バッテリ５１とヒータ７１には限られず、他のデバイスを第２暖房運転の熱源としてもよい。例えば、車両がハイブリッドカーである場合には、エンジンを第２暖房運転の熱源としてもよい。

また、図２では、第１動作の後に連続して第２動作が実行されたが、第１動作の後に他の動作を一時的に実行し、その後に第２動作を実行してもよい。また、図２では、第２動作の後に連続して第１動作が実行されたが、第２動作の後に他の動作を一時的に実行し、その後に第１動作を実行してもよい。また、図２では、第２動作の後に第１動作を実行したが、第２動作の後に低温ラジエータ４１で熱交換する他の動作を実行してもよい。このような構成でも、第２動作で低温ラジエータ４１から霜が除去されるので、その後の動作において低温ラジエータ４１で効率的に熱交換を行うことができる。

なお、熱管理装置１００は、除霜暖房運転以外の種々の運転を行うことができる。例えば、低温ラジエータ４１に霜が着くおそれがない場合には、制御装置８０は、第１暖房運転を継続的に実行することができる。また、制御装置８０は、第２暖房運転を継続的に実行することができる。また、制御装置８０は、例えば、以下に説明する冷房運転、バッテリ冷却運転、及び、電気機器冷却運転を実行することができる。

（冷房運転）
冷房運転では、制御装置８０が、図６に示すように熱管理装置１００の各部を制御する。第３熱回路３０では、三方弁７３がコンデンサ経路３２から高温ラジエータ経路３６に熱媒体が流れるように制御され、ポンプ７２が作動する。したがって、コンデンサ経路３２と高温ラジエータ経路３６によって構成される循環流路１１４に熱媒体が循環する。第２熱回路２０では、三方弁６５がコンデンサ経路２６からエバポレータ経路２４に熱媒体が流れるように制御され、コンプレッサ６６が作動する。したがって、コンデンサ経路２６とエバポレータ経路２４によって構成される循環流路１１６に熱媒体が循環する。冷房運転には、第１熱回路１０は関与しない。

図６の循環流路１１４では、高温ラジエータ７５に、コンデンサ６７で加熱された高温の熱媒体が流入する。したがって、高温ラジエータ７５に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも高い。このため、高温ラジエータ７５内で熱媒体が冷却される。その結果、高温ラジエータ７５で冷却された低温の熱媒体がコンデンサ６７に流入する。コンデンサ６７では、コンデンサ経路３２（すなわち、循環流路１１４）内の熱媒体が加熱され、コンデンサ経路２６（すなわち、循環流路１１６）内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路１１６では、コンデンサ６７によって冷却された低温の熱媒体がエバポレータ６３に流入する。エバポレータ６３は、循環流路１１６内の熱媒体と車室内の空気との熱交換によって、車室内の空気を冷却する。エバポレータ６３によって冷却された空気は、図示しないファンによって送風される。以上のようにして、車室内の冷房が実行される。

（バッテリ冷却運転）
バッテリ冷却運転は、バッテリ５１の温度が基準値以上の温度まで上昇したときに実行される。バッテリ冷却運転では、制御装置８０が、図７に示すように熱管理装置１００の各部を制御する。第３熱回路３０では、コンデンサ経路３２と高温ラジエータ経路３６によって構成される循環流路１１４に熱媒体が循環するように三方弁７３とポンプ７２が制御される。第２熱回路２０では、コンデンサ経路２６とチラー経路２２によって構成される循環流路１０４に熱媒体が循環するように三方弁６５とコンプレッサ６６が制御される。第１熱回路１０では、チラー経路１５とバッテリ経路１４によって構成される循環流路１１０に熱媒体が循環するように三方弁４９とポンプ５３が制御される。

図７の循環流路１１４は、図６（すなわち、冷房運転）と同様に動作する。したがって、コンデンサ６７によってコンデンサ経路２６（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路１０４では、コンデンサ６７によって冷却された低温の熱媒体がチラー５２に流入する。チラー５２では、チラー経路２２（すなわち、循環流路１０４）内の熱媒体が加熱され、チラー経路１５（すなわち、循環流路１１０）内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路１１０では、チラー５２によって冷却された低温の熱媒体がバッテリ経路１４に流入し、バッテリ５１が冷却される。以上のようにして、バッテリ５１の冷却が実行される。

なお、バッテリ５１の温度が基準値以上の温度まで上昇したときには、バッテリ冷却動作に代えて、図４の第２暖房動作を実行してもよい。図４の第２暖房動作でも、バッテリ５１を冷却できる。

（電気機器冷却運転）
電気機器冷却運転は、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、トランスアクスル４３が内蔵するモータの動作中に実行される。また、電気機器冷却運転は、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、モータのいずれかの温度が基準値を超えたときに実行されてもよい。電気機器冷却運転では、制御装置８０が、図８に示すように熱管理装置１００の各部を制御する。電気機器冷却運転には、第３熱回路３０と第２熱回路２０は関与しない。第１熱回路１０では、電気機器経路１３と低温ラジエータ経路１１により構成される循環流路１１２に熱媒体が循環するように、三方弁４２とポンプ４８が制御される。また、電気機器冷却運転では、オイルポンプ４４が作動し、オイル循環路１８内のオイルが循環する。

循環流路１１２では、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、オイルクーラ４５で加熱された高温の熱媒体が低温ラジエータ４１に流入する。したがって、低温ラジエータ４１に流入する熱媒体の温度は、外気の温度よりも高い。このため、低温ラジエータ４１によって低温ラジエータ経路１１（すなわち、循環流路１１２）内の熱媒体が冷却される。したがって、循環流路１１２では、低温ラジエータ４１によって冷却された低温の熱媒体が電気機器経路１３に流入し、ＳＰＵ４６とＰＣＵ４７が冷却される。また、オイルクーラ４５は、低温の熱媒体によってオイル循環路１８内のオイルを冷却する。その結果、冷却されたオイルが、トランスアクスル４３が内蔵するモータに供給され、モータが冷却される。以上のようにして、電気機器（すなわち、ＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、モータ）を冷却する電気機器冷却運転が実行される。

なお、制御装置８０は、上述した運転以外の運転も可能である。例えば、制御装置８０は、循環流路１１０に熱媒体を循環させながらヒータ５０によって熱媒体を加熱することで、バッテリ５１を加熱する運転を実行することができる。この運転は、寒冷地等においてバッテリ５１が過度に低温となった場合に実行される。

なお、上記の実施形態では、第１熱回路１０における流路の切り換えが、２つの三方弁４２、４９により行われた。しかしながら、図９、１０に示す変形例のように、第１熱回路１０が、三方弁４２、４９の代わりに１つの五方弁５５を有しており、五方弁５５により流路の切り換えが行われてもよい。図９、１０では、低温ラジエータ経路１１の上流端、バイパス経路１２の上流端、電気機器経路１３の下流端、バッテリ経路１４の上流端、及び、チラー経路１５の下流端が五方弁５５に接続されている。また、低温ラジエータ経路１１の下流端、バイパス経路１２の下流端、電気機器経路１３の上流端、バッテリ経路１４の下流端、及び、チラー経路１５の上流端がリザーバタンク５６を介して接続されている。図９に示すように、五方弁５５がチラー経路１５から低温ラジエータ経路１１に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ５３が作動すると、循環流路１０６に熱媒体が循環する。また、五方弁５５が電気機器経路１３からバイパス経路１２に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ４８が作動すると、電気機器経路１３とバイパス経路１２により構成される循環流路１０８に熱媒体が循環する。図９において、循環流路１０６と循環流路１０８は分離されている。五方弁５５は、循環流路１０６と循環流路１０８に同時に熱媒体を循環できるように構成されている。また、図１０に示すように、五方弁５５がチラー経路１５からバッテリ経路１４に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ５３が作動すると、循環流路１１０に熱媒体が循環する。図１０に示すように、五方弁５５が電気機器経路１３から低温ラジエータ経路１１に熱媒体が流れるように制御された状態でポンプ４８が作動すると、循環流路１１２に熱媒体が循環する。図１０において、循環流路１１０と循環流路１１２は分離されている。五方弁５５は、循環流路１１０と循環流路１１２に同時に熱媒体を循環できるように構成されている。このように、図９、１０の熱管理装置でも、図１の熱管理装置１００と略同様に、第１熱回路１０内の熱媒体の循環流路を切り換えることができる。

上述した実施形態の構成要素と、特許請求の範囲に記載の構成要素との対応関係について、以下に説明する。実施形態の第１熱回路１０は、特許請求の範囲の熱回路の一例である。実施形態のヒータコア７４は、特許請求の範囲の暖房器の一例である。実施形態のＳＰＵ４６、ＰＣＵ４７、及び、トランスアクスル４３が内蔵するモータは、特許請求の範囲の電気機器の一例である。実施形態の低温ラジエータ４１は、特許請求の範囲のラジエータの一例である。実施形態のチラー経路１５は、特許請求の範囲の暖房経路の一例である。実施形態の三方弁４２、４９は、特許請求の範囲の少なくとも１つの制御弁の一例である。変形例の五方弁５５は、特許請求の範囲の少なくとも１つの制御弁の一例である。実施形態のバッテリ５１とヒータ７１は、特許請求の範囲の発熱体の一例である。実施形態の第２熱回路２０は、特許請求の範囲のヒートポンプの一例である。実施形態のチラー５２は、特許請求の範囲の第１熱交換器の一例である。実施形態のコンデンサ６７は、特許請求の範囲の第２熱交換器の一例である。実施形態の第３熱回路３０は、特許請求の範囲の暖房熱回路の一例である。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０ ：第１熱回路
２０ ：第２熱回路
３０ ：第３熱回路
４１ ：低温ラジエータ
４２ ：三方弁
４３ ：トランスアクスル
４８ ：ポンプ
４９ ：三方弁
５１ ：バッテリ
５２ ：チラー
５３ ：ポンプ
６１ ：膨張弁
６３ ：エバポレータ
６４ ：膨張弁
６５ ：三方弁
６６ ：コンプレッサ
６７ ：コンデンサ
６８ ：モジュレータ
７２ ：ポンプ
７３ ：三方弁
７４ ：ヒータコア
７５ ：高温ラジエータ
８０ ：制御装置
１００ ：熱管理装置

Claims (3)

1. 車両に搭載される熱管理装置であって、
   熱媒体が循環する熱回路であって、互いに接続されたラジエータ経路、バイパス経路、電気機器経路及び暖房経路を有する熱回路と、
   前記ラジエータ経路内の熱媒体と外気とを熱交換させるラジエータと、
   前記電気機器経路によって冷却される電気機器と、
   前記車両の室内を暖房する暖房器と、
   前記熱回路内の熱媒体の流路を変更する少なくとも１つの制御弁と、
   制御装置と、
   発熱体と、
   を有し、
   前記制御装置が、第１動作を実行した後に第２動作を実行し、
   前記第１動作が、第１暖房運転と蓄熱運転を同時に実行する動作であり、
   前記第２動作が、除霜運転を実行する動作であり、
   前記第１暖房運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記ラジエータ経路と前記暖房経路を含む第１循環流路に熱媒体を循環させながら、前記ラジエータによって前記ラジエータ経路内の熱媒体を加熱するとともに前記暖房器によって前記暖房経路内の熱媒体の熱を利用して暖房を実行し、
   前記蓄熱運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記電気機器経路と前記バイパス経路を含む第２循環流路に熱媒体を循環させ、
   前記除霜運転では、前記制御装置が、前記制御弁を制御することによって前記電気機器経路と前記ラジエータ経路を含む第３循環流路に熱媒体を循環させ、
   前記第２動作が、前記除霜運転と第２暖房運転を同時に実行する動作であり、
   前記第２暖房運転では、前記制御装置が、前記暖房器によって前記発熱体を熱源とした暖房を実行する、
   熱管理装置。
2. 前記発熱体が、前記車両を走行させるモータに電力を供給するバッテリである請求項１の熱管理装置。
3. 前記発熱体が、ヒータである請求項１の熱管理装置。

Images