相關申請的相互參照
本申請基于2015年2月6日申請的日本專利申請2015—022087,并將該公開內容作為參照編入本申請。
本發明設計一種被用于車輛的熱管理系統。
背景技術:
以往,在專利文獻1中記載一種車輛用熱管理系統,利用制冷循環的低壓側制冷劑所持有的冷熱對車室內進行制冷,并且利用發動機冷卻水(熱水)所持有的溫熱對車室內進行制熱。
在該現有技術中,在供發動機冷卻水循環的發動機冷卻回路配置有發動機用散熱器。發動機用散熱器是使發動機冷卻水與外氣進行熱交換而從發動機冷卻水向外氣散熱的散熱用熱交換器。
在該現有技術中,具有供由制冷循環的低壓側制冷劑冷卻后的冷卻水循環的低溫側冷卻水回路。在低溫側冷卻水回路配置有冷卻器芯。冷卻器芯是使由制冷循環的低壓側制冷劑冷卻后的冷卻水與向車室內吹送的空氣進行熱交換而對向車室內吹送的空氣進行冷卻的空氣冷卻用熱交換器。
但是,在上述結構中,在發動機的停止時、發動機的暖機時等,在發動機冷卻水的溫度低的情況下,不能夠進行利用發動機冷卻水的制熱。
因此,在該現有技術中,能夠通過制冷循環的熱泵運轉來從外氣汲取熱且將該熱利用于車室內的制熱。具體而言,具備吸熱用熱交換器及空氣加熱裝置。
吸熱用熱交換器是使低溫側冷卻水回路的冷卻水與外氣進行熱交換而從外氣向冷卻水吸熱的熱交換器。空氣加熱裝置是利用制冷循環的高壓側制冷劑所持有的溫熱對向車室內吹送的空氣進行加熱的裝置。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2014-181594號公報
在上述現有技術中,作為與外氣進行熱交換的熱交換器,具備發動機散熱器及吸熱用熱交換器。然而,根據發明人的研究,在上述現有技術中存在如下擔憂:在由于發動機冷卻水的溫度低而從外氣吸熱從而對車室內進行制熱的情況下,使用吸熱用熱交換器而發動機用散熱器未被使用而成為無用的。
另外,作為與外氣進行熱交換的熱交換器,不僅需要將發動機用散熱器搭載于車輛也需要將吸熱用熱交換器搭載于車輛,因此,由于車輛搭載空間的限制,產生將吸熱用熱交換器的體型抑制得小的需要。在該情況下,吸熱用熱交換器的熱交換性能被抑制,因此車室內的制熱性能也被抑制。
技術實現要素:
本發明鑒于上述問題,其目的在于有效地活用發動機用散熱器,使車室內的制熱性能提高。
本發明的一方式的車輛用熱管理系統具備:壓縮機,該壓縮機吸入且排出制冷循環的制冷劑;空氣加熱裝置,該空氣加熱裝置利用制冷循環的高壓側制冷劑的熱,對向車室內吹送的空氣進行加熱;以及冷機,該冷機使制冷循環的低壓側制冷劑與熱介質進行熱交換而對熱介質進行冷卻。另外,車輛用熱管理系統具有:冷卻器芯,該冷卻器芯使由冷機冷卻后的熱介質與空氣進行熱交換而對空氣進行冷卻;以及冷卻器冷卻回路,該冷卻器冷卻回路使熱介質在冷機及冷卻器芯循環。車輛用熱管理系統具有:冷卻器泵,該冷卻器泵吸入且排出冷卻器冷卻回路的熱介質;發動機冷卻回路,該發動機冷卻回路使熱介質在發動機循環;發動機泵,該發動機泵吸入且排出發動機冷卻回路的熱介質;以及發動機散熱器,該發動機散熱器使發動機冷卻回路的熱介質與外氣進行熱交換。另外,車輛用熱管理系統具備切換獨立模式和連通模式的切換裝置,其中,獨立模式為熱介質彼此獨立地在冷卻器冷卻回路及發動機冷卻回路循環的模式,連通模式為冷卻器冷卻回路和發動機冷卻回路連通以使熱介質在冷機與發動機散熱器之間流動的模式。另外,車輛用熱管理系統具備控制部,在發動機冷卻回路的熱介質的溫度小于第一熱介質溫度的情況下,該控制部控制切換裝置的動作,以切換為連通模式。
由此,在發動機冷卻回路的熱介質的溫度低的情況下,通過切換為連通模式,使由冷機冷卻后的熱介質向發動機冷卻回路的發動機散熱器流動,因此能夠由發動機散熱器從外氣吸熱而對車室內進行制熱。因此,有效地活用發動機散熱器,能夠使車室內的制熱性能提高。
附圖說明
圖1是本發明的第一實施方式的車輛用熱管理系統的整體結構圖。
圖2是表示第一實施方式的車輛用熱管理系統的電控制部的框圖。
圖3是表示在第一實施方式的車輛用熱管理系統中制冷模式及除濕制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖4是表示在第一實施方式的車輛用熱管理系統中外氣吸熱式熱泵制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖5是表示在第一實施方式的車輛用熱管理系統中外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)及外氣利用除濕模式的冷卻水流狀態的圖。
圖6是表示在第一實施方式的車輛用熱管理系統中發動機吸熱式熱泵制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖7是表示在第一實施方式的車輛用熱管理系統中熱泵再加熱除濕模式的冷卻水流狀態的圖。
圖8是表示第一實施方式的冷卻器側閥的閥位的圖。
圖9是表示第一實施方式的加熱器側閥的閥位的圖。
圖10是本發明的第二實施方式的車輛用熱管理系統的整體結構圖。
圖11是表示在第二實施方式的車輛用熱管理系統中制冷模式及除濕制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖12是表示在第二實施方式的車輛用熱管理系統中外氣吸熱式熱泵制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖13是表示在第二實施方式的車輛用熱管理系統中外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)的冷卻水流狀態的圖。
圖14是表示在第二實施方式的車輛用熱管理系統中發動機吸熱式熱泵制熱模式的冷卻水流狀態的圖。
圖15是本發明的第三實施方式的車輛用熱管理系統的整體結構圖。
圖16是本發明的第四實施方式的車輛用熱管理系統的整體結構圖。
圖17是本發明的第五實施方式的車輛用熱管理系統的整體結構圖。
具體實施方式
以下,一邊參照附圖一邊對用于實施本發明的多個方式進行說明。在各方式中存在對與先前的方式中已說明的事項對應的部分標注相同的參照符號而省略重復的說明的情況。在各方式中在僅對結構的一部分進行說明的情況下,對于結構的其他部分能夠應用先前進行說明的其他方式。不僅在各實施方式具體地明示為能夠組合的部分彼此組合,只要不特別對組合產生妨礙,即使沒有明示也能夠將實施方式彼此部分地組合。
(第一實施方式)
圖1所示的車輛用熱管理系統10被用于將車輛所具備的各種設備、車室內調節到適當的溫度。在本實施方式中,將車輛用熱管理系統10應用于從發動機(內燃機)及行駛用電動機獲得車輛行駛用的驅動力的混合動力汽車。
本實施方式的混合動力汽車構成為插入式混合動力汽車,能夠將在車輛停車時由外部電源(商用電源)供給的電力充電至搭載于車輛的電池(車載電池)。作為電池,例如能夠采用鋰離子電池。
從發動機輸出的驅動力不僅用于車輛行駛也用于使發電機動作。并且,能夠使由發電機產生的電力及由外部電源供給的電力存儲于電池,已存儲于電池的電力不僅供給至行駛用電動機,也供給至以構成車輛用熱管理系統10的電動式結構設備為首的各種車載設備。
車輛用熱管理系統10具備冷卻器冷卻回路11、發動機冷卻回路12、冷凝器回路13以及散熱器回路14。冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12是供冷卻水(熱介質)循環的冷卻水回路。冷凝器回路13及散熱器回路14是與冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12獨立地供冷卻水(加熱器側熱介質)循環的冷卻水回路。
冷卻水是作為熱介質的流體。在本實施方式中,作為冷卻水,采用至少包含乙二醇、二甲基聚硅氧烷或者納米流體的液體、或者防凍液體。
在冷卻器冷卻回路11配置有冷卻器泵20、冷機21以及冷卻器芯22,且冷卻水按照冷卻器泵20、冷機21以及冷卻器芯22的順序循環。冷卻器泵20是吸入且排出冷卻水的電動泵。
冷機21是通過使制冷循環25的低壓側制冷劑與冷卻水進行熱交換而對冷卻水進行冷卻的低溫側熱交換器(熱介質冷卻用熱交換器)。能夠在冷機21中將冷卻水冷卻至比外氣的溫度低的溫度。
冷卻器芯22是使冷卻水與向車室內吹送的空氣進行熱交換而對向車室內吹送的送風空氣進行冷卻的空氣冷卻用熱交換器(熱介質空氣熱交換器)。在冷卻器芯22中,冷卻水通過顯熱變化從空氣吸熱。即,在冷卻器芯22中,即使冷卻水從空氣吸熱冷卻水也保持液相的狀態而不發生相變。
在發動機冷卻回路12配置有發動機泵30、發動機31以及發動機散熱器32,且冷卻水按照發動機泵30、發動機31以及發動機散熱器32的順序循環。發動機泵30是吸入且排出冷卻水的電動泵。發動機泵30也可以是經由帶對發動機31的驅動力進行動力傳遞而被驅動的帶驅動式泵。
發動機散熱器32是使冷卻水與車室外空氣(以下,稱為外氣)進行熱交換的冷卻水外氣熱交換器(熱介質外氣熱交換器)。室外送風機33是向發動機散熱器32吹送外氣的外氣送風裝置。
發動機冷卻回路12具有循環流路34、散熱器旁通流路35以及熱交換器用流路36。循環流路34是配置有發動機泵30、發動機31以及發動機散熱器32的冷卻水流路,其中冷卻水按照發動機泵30、發動機31以及發動機散熱器32的順序循環。
散熱器旁通流路35是與循環流路34連接以使冷卻水繞過發動機散熱器32流動的冷卻水流路,且在冷卻水流中與發動機散熱器32并聯地配置。
在循環流路34與散熱器旁通流路35的連接部配置有恒溫部37。恒溫部37是由如下那樣的機械機構構成的冷卻水溫度隨動閥:該機械機構通過根據溫度變化而體積變化的熱蠟(感溫部件)而使閥芯變位從而對冷卻水流路進行開閉。
具體而言,在冷卻水的溫度低于規定溫度(例如70℃)的情況下,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
在冷卻水的溫度超過規定溫度(例如70℃)的情況下,恒溫部37將散熱器旁通流路35關閉且將發動機散熱器32側的流路打開。
熱交換器用流路36是配置有水水熱交換器(熱流入裝置)38的冷卻水流路,且在冷卻水流中與發動機散熱器32及散熱器旁通流路35并聯地配置。
水水熱交換器38是使發動機冷卻回路12的冷卻水與冷凝器回路13的冷卻水進行熱交換的熱交換器(熱介質-熱介質熱交換器)。
在發動機散熱器32連接有第一貯水箱39。第一貯水箱39是貯存剩余冷卻水的冷卻水貯存裝置。
連通流路40、發動機散熱器流路41以及發動機吸熱流路42是將冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通的冷卻水流路。
連通流路40將如下部位連接:冷卻器冷卻回路11中的冷機21的冷卻水出口側且冷卻器芯22的冷卻水入口側的部位;以及發動機冷卻回路12中的發動機31的冷卻水出口側且發動機散熱器32的冷卻水入口側的部位。
發動機散熱器流路41將如下部位連接:冷卻器冷卻回路11中的冷卻器芯22的冷卻水出口側且冷卻器泵20的冷卻水吸入側的部位;以及發動機冷卻回路12中的發動機散熱器32的冷卻水出口側且發動機泵30的冷卻水吸入側的部位。
發動機吸熱流路42將冷卻器冷卻回路11中的冷卻器芯22的冷卻水出口側且冷卻器泵20的冷卻水吸入側的部位和發動機冷卻回路12的散熱器旁通流路35連接。
冷卻器側閥43配置于冷卻器冷卻回路11的冷卻水流路、發動機散熱器流路41以及發動機吸熱流路42的連接部。冷卻器側閥43是具有四個端口(第一~第四端口)的四通閥。
冷卻器側閥43的第一端口與冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路連接。冷卻器側閥43的第二端口與冷卻器泵20的冷卻水吸入側的流路連接。換言之,冷卻器側閥43的第二端口與于冷機21的冷卻水入口側的流路連接。
冷卻器側閥43的第三端口與發動機散熱器流路41連接。冷卻器側閥43的第四端口與發動機吸熱流路42連接。
冷卻器側閥43具有對第一~第四端口彼此的連接狀態進行切換的閥芯。冷卻器側閥43是通過閥芯的切換動作來切換冷卻水流的冷卻水流切換部(切換裝置)。
冷凝器回路13具有加熱器泵50、加熱器芯(空氣加熱裝置)51以及冷凝器(空氣加熱裝置)52。加熱器泵50是吸入且排出冷卻水的電動泵。
加熱器芯51是使冷卻水與向車室內吹送的空氣進行熱交換而對向車室內吹送的送風空氣進行加熱的空氣加熱用熱交換器(熱介質空氣熱交換器)。在加熱器芯51中,冷卻水通過顯熱變化向空氣散熱。即,在加熱器芯51中,即使冷卻水向空氣散熱冷卻水也保持液相的狀態而不發生相變。
冷凝器52是通過使制冷循環25的高壓側制冷劑與冷卻水進行熱交換而對冷卻水進行加熱的高壓側熱交換器(熱介質加熱用熱交換器)。
加熱器芯51及冷凝器52是利用制冷循環25的高壓側制冷劑的熱來對向車室內吹送的空氣進行加熱的空氣加熱裝置。
制冷循環25是具備壓縮機26、冷凝器52、接收器27、膨脹閥28以及冷機21的蒸氣壓縮式制冷機。在本實施方式的制冷循環25中,作為制冷劑采用氟利昂系制冷劑,構成高壓側制冷劑壓力不超過制冷劑的臨界壓力的亞臨界制冷循環。
壓縮機26是通過由電池供給的電力驅動的電動壓縮機、或者是通過發動機的驅動力由發動機帶驅動的可變容量壓縮機,吸入、壓縮且排出制冷循環25的制冷劑。
冷凝器52是通過使從壓縮機26排出的高壓側制冷劑與冷卻水進行熱交換而使高壓側制冷劑冷凝的冷凝器。接收器27是將從冷凝器52流出的氣液二相制冷劑分離為氣相制冷劑和液相制冷劑,且使分離出的液相制冷劑向膨脹閥23側流出的氣液分離器。
膨脹閥28是使從接收器27流出的液相制冷劑減壓膨脹的減壓部(減壓裝置)。膨脹閥28是具有感溫部的溫度式膨脹閥,感溫部基于冷機21出口側制冷劑的溫度及壓力對冷機21出口側制冷劑的過熱度進行檢測。即,膨脹閥28是通過機械機構來調節節流通路面積以使冷機21出口側制冷劑的過熱度處于預先確定的規定范圍的溫度式膨脹閥。膨脹閥28也可以是通過電氣機構來調節節流通路面積的電氣式膨脹閥。
冷機21是通過使由膨脹閥28減壓膨脹后的低壓制冷劑與冷卻水進行熱交換而使低壓制冷劑蒸發的蒸發器。在冷機21蒸發而得到的氣相制冷劑被壓縮機26吸入且壓縮。
壓縮機26及膨脹閥28是對在制冷循環25流動的制冷劑的流量進行調節的制冷劑流量調節部(制冷劑流量調節裝置)。
冷凝器回路13具有循環流路53及水水熱交換器流路54。循環流路53是配置有加熱器泵50、加熱器芯51以及冷凝器52的冷卻水流路,其中冷卻水按照加熱器泵50、加熱器芯51以及冷凝器52的順序循環。
水水熱交換器流路54是配置有水水熱交換器38的冷卻水流路,在冷卻水流中與冷凝器52并聯地配置。水水熱交換器流路54與循環流路53中的加熱器芯51的冷卻水出口側且冷凝器52的冷卻水入口側的部位、和冷凝器52的冷卻水出口側且加熱器泵50的冷卻水吸入側的部位連接。
在散熱器回路14配置有散熱器泵60、加熱器側散熱器61以及冷卻水流通設備62,且冷卻水按照散熱器泵60、加熱器側散熱器61以及冷卻水流通設備62的順序循環。散熱器泵60是吸入且排出冷卻水的電動泵。
加熱器側散熱器61是使冷卻水與外氣進行熱交換的冷卻水外氣熱交換器(熱介質外氣熱交換器)。外氣由室外送風機33吹送至至加熱器側散熱器61。
加熱器側散熱器61和發動機散熱器32配置于車輛的最前部。加熱器側散熱器61相比于發動機散熱器32配置于外氣流動方向上游側。在車輛的行駛時能夠使行駛風與加熱器側散熱器61及發動機散熱器32接觸。
冷卻水流通設備62是通過冷卻水在其內部流通而被冷卻的設備。作為冷卻水流通設備62,列舉有例如行駛用電動機、逆變器、油冷卻器、渦輪增壓器以及中間冷卻器等。
逆變器是將由電池供給的直流電轉換為交流電且向行駛用電動機輸出的電力轉換裝置。
油冷卻器是使發動機油(被用于發動機31的潤滑油)與冷卻水進行熱交換而對發動機油進行冷卻的發動機油用熱交換器(潤滑油用熱交換器)。
渦輪增壓器是利用發動機31的排氣的殘留能量來使渦輪旋轉,而對發動機31的吸入空氣進行增壓的增壓器。中間冷卻器是使由渦輪增壓器壓縮而變成高溫的增壓吸氣與冷卻水進行熱交換而對增壓吸氣進行冷卻的吸氣冷卻器。
在散熱器回路14連接有第二貯水箱63。第二貯水箱63是貯存剩余冷卻水的冷卻水貯存裝置。
散熱器入口側流路65及散熱器出口側流路66是將冷凝器回路13和散熱器回路14連通的冷卻水流路。
散熱器入口側流路65將如下部位連接:冷凝器回路13的循環流路53中的加熱器芯51的冷卻水出口側且冷凝器52的冷卻水入口側的部位;以及散熱器回路14中的冷卻水流通設備62的冷卻水出口側且散熱器泵60的冷卻水吸入側的部位。
散熱器出口側流路66將如下部位:冷凝器回路13的循環流路53中的冷凝器52的冷卻水出口側且加熱器泵50的冷卻水吸入側的部位;以及散熱器回路14中的加熱器側散熱器61的冷卻水出口側且冷卻水流通設備62的冷卻水入口側的部位。
加熱器側閥67配置于冷凝器回路13的循環流路53和水水熱交換器流路54以及散熱器入口側流路65的連接部。加熱器側閥67是具有四個端口(第一~第四端口)的四通閥。
加熱器側閥67的第一端口與冷凝器52的冷卻水出口側的流路連接。加熱器側閥67的第二端口與散熱器泵60的冷卻水吸入側的流路連接。換言之,加熱器側閥67的第二端口與加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連接。
加熱器側閥67的第三端口與水水熱交換器流路54連接。加熱器側閥67的第四端口與散熱器入口側流路65連接。
加熱器側閥67具有對第一~第四端口彼此的連接狀態進行切換的閥芯。加熱器側閥67是通過閥芯的切換動作來切換冷卻水流的冷卻水流切換部(加熱器側切換裝置)。
冷卻器芯22及加熱器芯51收容于車輛用空調裝置的室內空調單元70的殼體71。室內空調單元70配置于車室內最前部的儀表盤(儀表板)的內側。殼體71形成室內空調單元70的外殼。
殼體71形成供由室內送風機吹送的空氣流動的空氣通路,由具有一定程度的彈性且強度優良的樹脂(例如,聚丙烯)成形。
冷卻器芯22及加熱器芯51配置于殼體71內的空氣通路,且空氣按照冷卻器芯22及加熱器芯51的順序流動。
在殼體71內的送風空氣流最上游側配置有內外氣切換箱。內外氣切換箱是將車室內空氣(以下,稱為內氣)和外氣切換導入的內外氣切換部(內外氣切換裝置)。
內外氣切換箱將吸入口模式切換為內氣循環模式和外氣導入模式以及內外氣混入模式。在內氣循環模式中,導入內氣而不導入外氣。在外氣導入模式中,導入外氣而不導入內氣。在內外氣混入模式中,以規定的比例導入內氣及外氣的雙方。
在殼體71內,在冷卻器芯22的空氣流下游側并聯地形成有:通過冷卻器芯22后的空氣在加熱器芯51流動的加熱器芯通路71a;以及通過冷卻器芯22后的空氣繞過加熱器芯51流動的旁通通路71b。
在殼體71內,在加熱器芯通路71a及旁通通路71b的空氣流下游側形成有混合空間71c,該混合空間71c使從加熱器芯通路71a流出的熱風和從旁通通路71b流出的冷風混合。
在殼體71內,冷卻器芯22的空氣流下游側,且加熱器芯通路71a及旁通通路71b的入口側配置有空氣混合門72。
空氣混合門72是使加熱器芯通路71a和旁通通路71b的風量比例連續地變化的風量比例調節部(風量比例調節裝置)。根據通過加熱器芯通路71a的空氣和通過旁通通路71b的空氣的風量比例,在混合空間71c混合后的送風空氣的溫度變化。因此,空氣混合門72是調節混合空間71c內的空氣溫度(向車室內吹送的送風空氣的溫度)的溫度調節部(溫度調節裝置)。
空氣混合門72由構成為具有通過電動促動器驅動的旋轉軸和與該共同的旋轉軸連結的板狀的門主體部的所謂的懸臂門構成。
在殼體71的空氣流最下游部形成有吹出口71d。吹出口71d將混合空間71c的溫度調節后的空氣向空調對象空間即車室內空間吹出。
作為吹出口71d,設有面部吹出口、腳部吹出口以及除霜吹出口。面部吹出口是向車室內的乘員的上半身吹出空調風的上半身側吹出口。腳部吹出口是向乘員的腳邊(下半身)吹出空調風的腳邊側吹出口(下半身側吹出口)。除霜吹出口是向車輛前面窗玻璃內側面吹出空調風的窗玻璃側吹出口。
在面部吹出口、腳部吹出口以及除霜吹出口的空氣流上游側配置有吹出口模式門。吹出口模式門是通過調節面部吹出口、腳部吹出口以及除霜吹出口的開口面積來切換吹出口模式的吹出口模式切換部(吹出口模式切換裝置)。吹出口模式門通過電動促動器旋轉操作。
作為吹出口模式,包括面部模式、雙層模式、腳部模式、腳部除霜器模式以及除霜器模式。
在面部模式中,將面部吹出口全開而從面部吹出口向車室內乘員的上半身吹出空氣。在雙層模式中,將面部吹出口和腳部吹出口的雙方開口而向車室內乘員的上半身和腳邊吹出空氣。
在腳部模式中,將腳部吹出口全開并且僅小開度地將除霜吹出口開口,主要從腳部吹出口吹出空氣。在腳部除霜器模式中,將腳部吹出口及除霜吹出口同程度地開口,從腳部吹出口及除霜吹出口的雙方吹出空氣。
在除霜器模式中,將除霜吹出口全開而從除霜吹出口向車輛前面窗玻璃內表面吹出空氣。
接著,基于圖2對車輛用熱管理系統10的電控制部進行說明。控制裝置80由包含cpu、rom以及ram等的周知的微型電子計算機和其周邊電路構成。控制裝置80是基于已存儲于rom內的空調控制程序進行各種運算、處理,對連接于輸出側的各種控制對象設備的動作進行控制的控制部。
由控制裝置80控制的控制對象設備包括冷卻器泵20、發動機泵30、加熱器泵50、散熱器泵60、冷卻器側閥43、加熱器側閥67、壓縮機26、室外送風機33以及驅動室內空調單元70的各種門(空氣混合門72等)的電動促動器等。
在控制裝置80中,對連接于其輸出側的各種控制對象設備的動作進行控制的結構(硬件及軟件)構成對各自的控制對象設備的動作進行控制的控制部。
冷卻器泵20、發動機泵30、加熱器泵50以及散熱器泵60的動作由控制裝置80中的泵控制部80a控制。泵控制部80a也是對在各冷卻水流通設備流動的冷卻水的流量進行控制的流量控制部。
冷卻器側閥43及加熱器側閥67的動作由控制裝置80中的切換閥控制部80b控制。切換閥控制部80b也是切換冷卻水的循環狀態的循環切換控制部。切換閥控制部80b也是對在各冷卻水流通設備流動的冷卻水的流量進行調節的流量控制部。
冷卻水的流量控制也可以是使閥內部的通水開口面積可連續地變化從而控制壓力損失而控制流量的方式。冷卻水的流量控制也可以是在規定的時間內以規定的比率反復切換通水和阻斷從而在平均時間控制流量的方式。
壓縮機26的動作由控制裝置80中的壓縮機控制部80c控制。壓縮機控制部80c也是對從壓縮機26排出的制冷劑的流量進行控制的制冷劑流量控制部。
室外送風機33的動作的控制由控制裝置80中的室外送風機控制部80d控制。室外送風機控制部80d也是對在散熱器回路13流動的外氣的流量進行控制的外氣流量控制部。
室內空調單元70的各種門(空氣混合門72等)的動作由控制裝置80中的空調切換控制部80e控制。空調切換控制部80e也是對從室內空調單元70向車室內吹出的空氣的溫度進行控制的吹出空氣溫度控制部。
各控制部80a、80b、80c、80d、80e也可以與控制裝置80分體地設置。
在控制裝置80的輸入側輸入有傳感器群的檢測信號。傳感器群包括內氣溫度傳感器81、外氣溫度傳感器82、日射傳感器83、冷卻器水溫傳感器84、發動機水溫傳感器85、冷凝器水溫傳感器86、散熱器水溫傳感器87、冷卻器芯溫度傳感器88、加熱器芯溫度傳感器89、設備溫度傳感器90、制冷劑溫度傳感器91以及制冷劑壓力傳感器93等。
內氣溫度傳感器81是檢測內氣的溫度(車室內溫度)的內氣溫度檢測部。外氣溫度傳感器82是檢測外氣的溫度(車室外溫度)的外氣溫度檢測部。日射傳感器83是檢測車室內的日射量的日射量檢測部。
冷卻器水溫傳感器84是檢測在冷卻器冷卻回路11流動的冷卻水的溫度(例如從冷機21流出的冷卻水的溫度)的冷卻水溫度檢測部(熱介質溫度檢測部)。
發動機水溫傳感器85是檢測在發動機冷卻回路12流動的冷卻水的溫度(例如吸入至發動機泵30的冷卻水的溫度)的冷卻水溫度檢測部(熱介質溫度檢測部)。
冷凝器水溫傳感器86是檢測在冷凝器回路13流動的冷卻水的溫度(例如從冷凝器52流出的冷卻水的溫度)的冷卻水溫度檢測部(熱介質溫度檢測部)。
散熱器水溫傳感器87是檢測在散熱器回路14流動的冷卻水的溫度(例如從加熱器側散熱器61流出的冷卻水的溫度)的冷卻水溫度檢測部(熱介質溫度檢測部)。
冷卻器芯溫度傳感器88是檢測冷卻器芯22的表面溫度的檢測部(冷卻器芯溫度檢測部)。例如,冷卻器芯溫度傳感器88包括檢測冷卻器芯22的熱交換翅片的溫度的翅片熱敏電阻88a(參照圖1)、和檢測在冷卻器芯22流動的冷卻水的溫度的水溫傳感器88b(參照圖2)等。
加熱器芯溫度傳感器89是檢測加熱器芯51的表面溫度的檢測部(加熱器芯溫度檢測部)。例如,加熱器芯溫度傳感器89包括檢測加熱器芯51的熱交換翅片的溫度的翅片熱敏電阻、和檢測在加熱器芯51流動的冷卻水的溫度的水溫傳感器等。
設備溫度傳感器90是檢測冷卻水流通設備62的溫度(例如從冷卻水流通設備62流出的冷卻水的溫度)的設備溫度檢測部。
制冷劑溫度傳感器91是檢測制冷循環25的制冷劑的溫度(例如從壓縮機26排出的制冷劑的溫度、或者吸入至壓縮機26的制冷劑的溫度)的制冷劑溫度檢測部。
制冷劑壓力傳感器93是檢測制冷循環25的制冷劑的壓力(例如從壓縮機26排出的制冷劑的壓力、或者吸入至壓縮機26的制冷劑的壓力)的制冷劑壓力檢測部。
在控制裝置80的輸入側輸入有來自設于操作面板95的各種空調操作開關的操作信號。例如,操作面板95配置于車室內前部的儀表盤附近。
設于操作面板95的各種空調操作開關包括自動開關95a、空氣調節開關95b、除霜器開關95c以及車室內溫度設定開關95d等。
自動開關95a是設定空調的自動控制運轉的操作部。空氣調節開關95b是手動地使壓縮機26動作/停止的操作部。除霜器開關95c是手動地設定/解除除霜器模式的操作部。車室內溫度設定開關95d是設定車室內目標溫度tset的操作部。
各開關可以是通過機械式地壓入而使電氣觸點導通的方式的推動式開關,也可以是通過與靜電板上的規定的區域接觸而反應的觸摸屏方式。
控制裝置80算出車室內吹出空氣的目標吹出溫度tao以及來自冷卻器芯22的吹出空氣的目標溫度tco。
目標吹出溫度tao是為了使內氣溫tr快速地接近乘員所期望的目標溫度tset而決定的值,通過下述數學式f1算出。
tao=kset×tset-kr×tr-kam×tam-ks×ts+c…f1
在該數學式中,tset是由車室內溫度設定開關95d設定的車室內的目標溫度。tr是由內氣溫度傳感器81檢測出的內氣溫度,tam是由外氣溫度傳感器82檢測出的外氣溫度,ts是由日射傳感器83檢測出的日射量。kset、kr、kam、ks是控制增益,c是補正用的常數。
冷卻器芯目標吹出溫度tco是基于目標吹出溫度tao等算出的。具體而言,以伴隨著目標吹出溫度tao的降低,冷卻器芯目標吹出溫度tco降低的方式算出。此外,算出冷卻器芯目標吹出溫度tco以成為能夠抑制冷卻器芯22的結霜地決定的基準結霜防止溫度(例如,1℃)以上。
發動機控制裝置99由包含cpu、rom以及ram等的周知的微型電子計算機和其周邊電路構成,是基于存儲于該rom內的發動機控制程序而進行各種運算、處理,來對發動機31的動作進行控制的發動機控制部。
在發動機控制裝置99的輸出側連接有構成發動機31的各種發動機構成設備。作為各種發動機構成設備,具體而言,包括使發動機31起動的啟動器和將燃料供給至發動機31的燃料噴射閥(噴射器)的驅動回路等。
另外,在發動機控制裝置99的輸入側連接有發動機控制用的各種傳感器群。作為發動機控制用的各種傳感器群,具體而言,包括檢測油門開度的油門開度傳感器、檢測發動機轉速的發動機轉速傳感器以及檢測車速的車速傳感器等。
控制裝置80及發動機控制裝置99電連接且構成為能夠通信。由此,基于輸入至一方的控制裝置的檢測信號或者操作信號,另一方的控制裝置也能夠控制連接于輸出側的各種設備的動作。例如,控制裝置80能夠通過向發動機控制裝置99輸入要求信號來要求發動機31動作。
在發動機控制裝置99中,在接收來自控制裝置80的要求發動機31動作的要求信號(動作要求信號)時,判定發動機31是否動作,根據該判定結果來控制發動機31的動作。
控制裝置80中的向發動機控制裝置99輸入要求信號的結構(硬件及軟件)是要求輸出部80f。要求輸出部80f可以相對于控制裝置80分體地構成。
接著,對上述結構的動作進行說明。控制裝置80通過控制連接于其輸出側的各種控制對象設備的動作,來切換為各種動作模式。
各種動作模式包括例如制冷模式、除濕制熱模式、外氣吸熱式熱泵制熱模式、外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)、外氣利用除濕模式、發動機吸熱式熱泵制熱模式以及熱泵再加熱除濕模式。
(1)制冷模式以及除濕制熱模式
制冷模式是利用制冷循環25而對車室內進行制冷的空調模式。除濕制熱模式是一邊利用制冷循環25對車室內進行除濕,一邊利用發動機31的排熱來制熱的空調模式。
在制冷模式及除濕制熱模式中,如圖3所示,冷卻器側閥43使冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機散熱器流路41及發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥67使水水熱交換器流路54和加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連通,并且使冷凝器52的冷卻水出口側的流路和散熱器入口側流路65連通。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為能夠直接用于制熱的高溫的情況下(例如60℃以上),選擇制冷模式及除濕制熱模式。因此,在制冷模式、除濕制熱模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35關閉且將發動機散熱器32側的流路打開。
由此,在冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12中,冷卻水彼此獨立地循環。
在冷卻器冷卻回路11中,在冷卻水由冷機21冷卻之后,在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻。
另外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在水水熱交換器38流動,因此在水水熱交換器流路54流動的冷卻水在水水熱交換器38中被加熱。
由水水熱交換器流路54加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內送風的空氣)被加熱器芯51加熱。
另外,由冷凝器52加熱后的冷卻水及由冷卻水流通設備62加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此,在加熱器側散熱器61中冷凝器52的排熱及冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
通過調節壓縮機26的轉速,并調節在制冷循環25循環的制冷劑的流量,而使冷卻器芯22的吹出溫度接近目標溫度。
也可以通過調節冷卻器泵20的轉速,并調節在冷卻器芯22流動的冷卻水的流量,而使冷卻器芯22的吹出溫度接近目標溫度。
通過在室內空調單元70的殼體71內調節空氣混合門72的開度,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度能夠基于冷卻器芯22的吹出溫度、加熱器芯51的吹出溫度以及空氣混合門72的開度來推定。
也可以通過調節發動機泵30的轉速,并調節在發動機冷卻回路12流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節加熱器泵50的轉速,并調節在水水熱交換器流路54及加熱器芯51流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
(2)外氣吸熱式熱泵制熱模式
外氣吸熱式熱泵制熱模式是從外氣吸熱且利用該熱對車室內進行制熱的空調模式。
在外氣吸熱式熱泵制熱模式中,如圖4所示,冷卻器側閥43使冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機散熱器流路41與冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥67使冷凝器52的冷卻水出口側的流路和加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連通,且將水水熱交換器流路54及散熱器入口側流路65關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇外氣吸熱式熱泵制熱模式。因此,在外氣吸熱式熱泵制熱模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在發動機散熱器32流動,因此在發動機散熱器32中冷卻水從外氣吸熱。另外,由冷機21冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于冰點以下(0℃以下)的情況下冷卻水的溫度也成為冰點以下,因此為了抑制冷卻器芯22的冰凍,調節冷卻器芯22的流量。在這以外的情況下,調節發動機散熱器32的流量對吸熱量進行控制,以避免冷卻器芯22的冷卻水溫度過度增高。
在不需要除濕的情況下,冷卻器側閥43阻斷冷卻水向冷卻器芯22的流通。
在冷凝器回路13及散熱器回路14中,冷卻水彼此獨立地循環。在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
在散熱器回路14中,由冷卻水流通設備62加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此在加熱器側散熱器61中冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
即,能夠一邊由發動機散熱器32從外氣吸熱一邊由加熱器側散熱器61將冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。因此,能夠一邊通過制冷循環25的熱泵運轉進行制熱一邊將冷卻水流通設備62冷卻至與外氣溫度同程度,因此能夠將冷卻水流通設備62冷卻至適當的溫度。
加熱器側散熱器61相比于發動機散熱器32配置于外氣流動方向上游側。因此,在加熱器側散熱器61中散發至外氣的冷卻水流通設備62的排熱在發動機散熱器32被冷卻水吸收。
此時,發動機散熱器32周圍的空氣溫度上升,因此即使吸熱溫度上升而冷機21中的制冷劑壓力增高也能夠確保吸熱量,因此cop提高。另外,發動機散熱器32的冷卻水溫度也上升,因此難以結霜,能夠抑制cop的降低,因此能夠使制熱效率提高。
調節冷卻器泵20的轉速及冷卻器側閥43的開度,調節在冷卻器芯22流動的冷卻水的流量及在發動機散熱器32流動的冷卻水的流量,從而使冷卻器芯22的吹出溫度接近目標溫度。
通過在室內空調單元70的殼體71內調節空氣混合門72的開度,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節發動機泵30的轉速,并調節在發動機冷卻回路12流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節加熱器泵50的轉速,并調節在水水熱交換器流路54及加熱器芯51流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節壓縮機26的轉速,調節在制冷循環25循環的制冷劑的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
(3)外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)
外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)是利用來自外氣的吸熱和發動機31的排熱對車室內進行制熱的空調模式。
在外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)中,如圖5所示,冷卻器側閥43使冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機散熱器流路41與冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥67使冷凝器52的冷卻水出口側的流路及水水熱交換器流路54與加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連通,且將散熱器入口側流路65關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)。因此,在外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在發動機散熱器32流動,因此在發動機散熱器32中冷卻水從外氣吸熱。另外,由冷機21冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于水的冰點(0℃)以下的情況下,為了抑制冷卻器芯22的冰凍,調節冷卻器芯22的流量。在這以外的情況下,調節發動機散熱器32的流量控制吸熱量,以避免冷卻器芯22水溫過度增高。
在不需要除濕的情況下,冷卻器側閥43阻斷冷卻水向冷卻器芯22的流通。
另外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在水水熱交換器38流動。在外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)中,在發動機冷卻回路12中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度比在冷凝器回路13中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度高。因此,在水水熱交換器流路54流動的冷卻水在水水熱交換器38中被加熱。
水水熱交換器38中的熱交換量的調節通過基于發動機泵30的冷卻水流量調節、基于加熱器泵50的冷卻水流量調節以及基于加熱器側閥67的冷卻水流量調節來實施。
在冷凝器回路13中,由水水熱交換器流路54加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
此外,在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
控制冷卻水的流量等,以使冷卻水從發動機31奪取的熱量僅是能夠將發動機冷卻回路12的冷卻水溫度維持在規定溫度范圍內的量。由此,能夠抑制因發動機冷卻回路12的冷卻水溫度的降低產生的燃料效率變差,并且不使發動機31的運轉率提高就能夠制熱,因此能夠提高制熱使用時的燃料效率。
在散熱器回路14中,由冷卻水流通設備62加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此在加熱器側散熱器61中冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
即,能夠一邊由發動機散熱器32從外氣吸熱一邊由加熱器側散熱器61將冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。因此,能夠一邊通過制冷循環25的熱泵運轉來制熱一邊將冷卻水流通設備62冷卻至與外氣溫度同程度,因此能夠將冷卻水流通設備62冷卻至適當的溫度。
加熱器側散熱器61相比于發動機散熱器32配置于外氣流動方向上游側。因此,在加熱器側散熱器61中散發至外氣的冷卻水流通設備62的排熱在發動機散熱器32中被冷卻水吸收。
此時,即使由于發動機散熱器32周圍的空氣溫度上升導致吸熱溫度上升而增高冷機21中的制冷劑壓力也能夠確保吸熱量,因此cop提高。另外,發動機散熱器32的冷卻水溫度也上升,因此難以結霜,能夠抑制cop的降低,因此能夠提高制熱效率。
調節冷卻器泵20的轉速及冷卻器側閥43的開度,調節在冷卻器芯22流動的冷卻水的流量及在發動機散熱器32流動的冷卻水的流量,從而能夠使冷卻器芯22的吹出溫度接近目標溫度。
通過在室內空調單元70的殼體71內調節空氣混合門72的開度,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節發動機泵30的轉速,并調節在發動機冷卻回路12流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節加熱器泵50的轉速,并調節在水水熱交換器流路54及加熱器芯51流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節壓縮機26的轉速,并調節在制冷循環25循環的制冷劑的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
(4)外氣利用除濕模式
外氣利用除濕模式是通過利用低溫的外氣而不使用制冷循環25就對車室內進行除濕的空調模式。
在外氣利用除濕模式中,在圖5所示的外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)的切換狀態下使制冷循環25的壓縮機26停止。此外,在外氣利用除濕模式中,冷卻器側閥43將冷卻器冷卻回路11的冷卻水流路和發動機散熱器流路41的連通開度全開。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度比冷卻器芯22的目標吹出溫度低的情況下,選擇外氣利用除濕模式。因此,在外氣利用除濕模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,在發動機散熱器32通過低溫外氣冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于水的冰點(0℃)以下的情況下,為了抑制冷卻器芯22的冰凍,調節冷卻器芯22的流量。
在不需要除濕的情況下,冷卻器泵20使冷卻水向冷卻器芯22的流通停止。
另外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在水水熱交換器38流動。在發動機冷卻回路12中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度比在冷凝器回路13中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度高的情況下,選擇外氣利用除濕模式。因此,在水水熱交換器流路54流動的冷卻水在水水熱交換器38中被加熱。
水水熱交換器38中的熱交換量的調節通過基于發動機泵30的冷卻水流量調節、基于加熱器泵50的冷卻水流量調節以及基于加熱器側閥67的冷卻水流量調節來實施。
在冷凝器回路13中,由水水熱交換器流路54加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
控制冷卻水的流量等,以使冷卻水從發動機31奪取的熱量僅能夠是將發動機冷卻回路12的冷卻水溫度維持在規定溫度范圍內的量。由此,能夠抑制因發動機冷卻回路12的冷卻水溫度的降低而產生的燃料效率變差,并且不提高發動機31的運轉率就能夠制熱,因此能夠提高制熱使用時的燃料效率。
在散熱器回路14中,由冷卻水流通設備62加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此在加熱器側散熱器61中冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
通過調節冷卻器泵20的轉速,并調節在冷卻器芯22及發動機散熱器32流動的冷卻水的流量,而使冷卻器芯22的吹出溫度接近目標溫度。
通過在室內空調單元70的殼體71內調節空氣混合門72的開度,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節發動機泵30的轉速,并調節在發動機冷卻回路12流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節加熱器泵50的轉速,并調節在水水熱交換器流路54及加熱器芯51流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
(5)發動機吸熱式熱泵制熱模式
發動機吸熱式熱泵制熱模式是吸收發動機31的排熱且利用該熱對車室內進行制熱的空調模式。
在發動機吸熱式熱泵制熱模式中,如圖6所示,冷卻器側閥43使發動機吸熱流路42和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機散熱器流路41關閉。另外,加熱器側閥67使冷凝器52的冷卻水出口側的流路和加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連通,且將水水熱交換器流路54及散熱器入口側流路65關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇發動機吸熱式熱泵制熱模式。因此,在發動機吸熱式熱泵制熱模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由發動機31加熱后的冷卻水在冷機21流動,因此在冷機21中冷卻水吸收發動機31的排熱。
在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
控制冷卻水的流量等,以使冷卻水從發動機31奪取的熱量僅是能夠將發動機冷卻回路12的冷卻水溫度維持在規定溫度范圍內的量,從而能夠抑制因水溫降低產生的燃料效率變差,并且不提高發動機運轉率就能夠制熱,因此能夠提高制熱使用時的燃料效率。
在發動機冷卻回路12的冷卻水溫度降低,吸熱量減少而不能發揮所需的制熱性能的情況下,向外氣吸熱模式切換,從而抑制發動機冷卻回路12的冷卻水溫度的降低且抑制燃料效率變差。
在散熱器回路14中,由冷卻水流通設備62加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此在加熱器側散熱器61中冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
加熱器側散熱器61相比于發動機散熱器32配置于外氣流動方向上游側。因此,通過在加熱器側散熱器61中散發至外氣的冷卻水流通設備62的排熱而使發動機31周圍的環境溫度上升,來自發動機31表面的散熱量減少,保溫性能提高。
在室內空調單元70的殼體71內調節空氣混合門72的開度,從而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節加熱器泵50的轉速,并調節在水水熱交換器流路54及加熱器芯51流動的冷卻水的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
也可以通過調節壓縮機26的轉速,并調節在制冷循環25循環的制冷劑的流量,而使從室內空調單元70向車室內吹出的空調風的溫度接近目標溫度。
在發動機吸熱式熱泵制熱模式中,不能由冷卻器芯22進行空氣的冷卻除濕。因此,在需要除濕的情況下,切換為上述的外氣吸熱式熱泵制熱模式,從而能夠通過冷卻器芯22進行空氣的冷卻除濕。
(6)熱泵再加熱除濕制熱模式
熱泵再加熱除濕制熱模式是利用制冷循環25進行除濕及制熱的空調模式。
在熱泵再加熱除濕制熱模式中,如圖7所示,冷卻器側閥43使冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機散熱器流路41及發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥67使冷凝器52的冷卻水出口側的流路及水水熱交換器流路54與加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連通,且將散熱器入口側流路65關閉。
由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于冰點以下(0℃以下)的情況下,冷卻器冷卻回路11的冷卻水溫度也在冰點以下,因此為了抑制冷卻器芯22的冰凍,通過冷卻器泵20來調節冷卻器芯22的流量。
在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內送風的空氣)被加熱器芯51加熱。
此外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在水水熱交換器38流動,在冷凝器回路13中,由水水熱交換器流路54加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
此外,在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
另外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在水水熱交換器38流動,因此由水水熱交換器38加熱后的冷卻水也在加熱器芯51流動。
(7)發動機設備加熱模式
發動機設備加熱模式是通過由冷凝器52加熱后的冷卻水對發動機31進行暖機的動作模式。
在發動機設備加熱模式中,將冷凝器回路13設為圖7所示的熱泵再加熱除濕制熱模式的切換狀態。
由此,在冷凝器回路13中,由冷凝器52加熱后的冷卻水在水水熱交換器流路54流動。
在發動機冷卻回路12中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度比在冷凝器回路13中流入至水水熱交換器38的冷卻水的溫度低的情況下,選擇發動機設備加熱模式。因此,在發動機冷卻回路12中,在水水熱交換器38流動的冷卻水被加熱,由水水熱交換器流路54加熱后的冷卻水在發動機31流動,因此能夠對發動機31進行加熱(暖機)。
圖8表示上述的各模式的冷卻器側閥43的閥位。在圖8中,冷卻器芯流路是從冷卻器芯22的冷卻水出口至冷卻器側閥43的流路,冷機流路是從冷卻器側閥43至冷機21的冷卻水入口的流路。
圖9表示上述的各模式的加熱器側閥67的閥位。在圖9中,冷凝器流路是從冷凝器52的冷卻水出口至加熱器側閥67的流路,加熱器芯流路是從加熱器側閥67至加熱器芯51的冷卻水入口的流路。
在本實施方式中,具備:對獨立模式和連通模式進行切換的冷卻器側閥43(切換裝置);以及控制冷卻器側閥43的動作的控制裝置80(切換閥控制部80b)。
在獨立模式中,冷卻水彼此獨立地在冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12循環。在連通模式中,冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通,以使冷卻水在冷機21與發動機散熱器32之間流動。在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度小于規定溫度(第一熱介質溫度)的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制冷卻器側閥43的動作以切換為連通模式。
由此,在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度低的情況下,切換為連通模式,從而使由冷機21冷卻后的冷卻水向發動機冷卻回路12的發動機散熱器32流動。由此,能夠在發動機散熱器32從外氣吸熱而對車室內進行制熱(例如外氣吸熱熱泵制熱模式)。因此,有效地活用發動機散熱器32,能夠提高車室內的制熱性能。
例如,在向加熱器芯51吹送的空氣的送風量少的情況下、在停止向加熱器芯51吹送空氣的情況下、或者在加熱器芯51不利用制冷循環25的高壓側制冷劑的熱的情況下,即使在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度小于規定溫度(第一熱介質溫度)的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)也控制冷卻器側閥43的動作以成為獨立模式。
由此,在存在對車室內進行制冷的可能性的情況下,能夠設為獨立模式,因此在對車室內進行制冷時能夠抑制熱從外氣流入至冷卻器冷卻回路11。
在連通模式中,冷卻器側閥43能夠實施冷卻器芯連通模式,冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通,以使熱介質也在冷機21與冷卻器芯22之間流動。
由此,在冷卻器芯連通模式中,能夠由發動機散熱器32從外氣吸熱并且能夠由冷卻器芯22從向車室內吹送的空氣吸熱,因此能夠由冷卻器芯22進行除濕并且以充分的制熱能力進行熱泵制熱(例如外氣吸熱式熱泵制熱模式)。
即,即使能夠由冷卻器芯22回收的熱量(送風空氣的溫度降低量的顯熱量+除濕時的冷凝潛熱量)作為熱泵制熱的吸熱源不充分,也能夠通過由發動機散熱器32從外氣吸熱來補充吸熱源。
因此,能夠抑制在進行除濕時不能夠充分的制熱而給乘員帶來不適感,且能夠抑制因產生窗玻璃的霧氣從而可見性變差。
例如,在連通模式時對車室內進行除濕制熱的情況下,在來自冷卻器芯22的吹出空氣的溫度與冷卻器芯吹出目標溫度(第一吹出目標溫度)tco的溫度差小于規定值并且來自加熱器芯51的吹出空氣的溫度比加熱目標溫度tao低了規定溫度以上的情況下,或者在制熱性能不滿足規定性能的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制冷卻器側閥43的動作以成為冷卻器芯連通模式。
由此,在能夠由冷卻器芯22回收的熱量作為熱泵制熱的吸熱源不充分的情況下,能夠設為冷卻器芯連通模式,因此通過由發動機散熱器32從外氣吸熱來補充吸熱源以能夠確保充分的制熱能力。
即,不降低壓縮機26的效率增加熱量,或不使用電加熱器等輔助熱源,就能夠補充小于的制熱能力,因此不使消耗能量增加就能夠確保充分的制熱能力。
例如,在冷卻器芯連通模式時,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制冷卻器側閥43的動作來調節發動機散熱器32的冷卻水流量,或者控制壓縮機26等的動作來調節制冷循環25的制冷劑流量,以使與來自冷卻器芯22的吹出空氣的溫度相關聯的溫度接近第一吹出目標溫度tco,并且使與來自加熱器芯51的吹出空氣的溫度相關聯的溫度接近第二目標吹出溫度tao。
由此,能夠適當地控制來自冷卻器芯22的吹出空氣的溫度及來自加熱器芯51的吹出空氣的溫度的雙方,因此能夠適當地進行除濕制熱。
冷卻器側閥43能夠使冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通,以使冷卻水在冷卻器芯22與發動機散熱器32之間流動。
由此,能夠利用外氣冷氣由冷卻器芯22對空氣進行冷卻/除濕,因此能夠實現制冷/除濕的省動力化(例如,外氣吸熱式熱泵制熱模式、外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助))。
在本實施方式中,在連通模式時發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度超過規定溫度(第二熱介質溫度)時,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制冷卻器側閥43的動作以切換為獨立模式。
由此,在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度增高的情況下,能夠抑制高溫的冷卻水流入至冷機21而導致低壓側制冷劑變為高溫,進而能夠抑制對制冷循環25的動作產生阻礙。
另外,在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度增高的情況下,能夠利用發動機31的排熱由加熱器芯51對空氣進行加熱,因此能夠實現制熱的節能化(例如除濕制熱模式)。
在本實施方式中,具備連通流路40和貯水箱39。連通流路40在獨立模式及連通模式中的任一模式都使冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通。貯水箱39配置于發動機冷卻回路12或者冷卻器冷卻回路11,貯存冷卻水。
由此,冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12通過連通流路40連通,因此通過配置于發動機冷卻回路12的貯水箱39,能夠進行發動機冷卻回路12及冷卻器冷卻回路11的雙方的壓力調節。因此,不需要在冷卻器冷卻回路11配置另外的貯水箱,因此能夠使結構簡化。
發動機冷卻回路12的冷卻水溫度通常在80~110℃的范圍的情況多,冷卻水膨脹且回路壓力上升。另一方面,冷卻器冷卻回路11的冷卻水溫度通常在0℃附近,冷卻水收縮。
因此,冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12通過連通流路40連通從而發動機冷卻回路12的冷卻水的體積增加量減少,進而發動機冷卻回路12的壓力上升幅度減少。其結果,能夠簡化發動機散熱器32和發動機設備類的耐壓設計,且能夠提高設備壽命。
在本實施方式中,連通流路40使如下部位連通:冷卻器冷卻回路11中的冷卻器泵20的冷卻水排出側且冷卻器芯22的冷卻水入口側的部位;以及發動機冷卻回路12中的發動機泵30的冷卻水排出側且發動機散熱器32的冷卻水入口側的部位。
由此,冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12在冷卻水壓力高的部位彼此地連通,因此,能夠將冷卻器冷卻回路11與發動機冷卻回路12的壓力差抑制得低。因此,能夠通過配置于冷卻回路12的貯水箱39來良好地進行發動機冷卻回路12及冷卻器冷卻回路11的雙方的壓力調節。
在本實施方式中,具備使冷卻器冷卻回路11和發動機冷卻回路12連通的發動機散熱器流路41。冷卻器側閥43通過切換發動機冷卻回路12的冷卻水在發動機散熱器流路41流動的狀態和發動機冷卻回路12的冷卻水不在發動機散熱器流路41流動的狀態,從而對獨立模式和連通模式進行切換。
由此,能夠通過簡單的結構來切換獨立模式和連通模式。
在本實施方式中,在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度小于規定溫度(第三熱介質溫度)并且外氣的溫度小于規定溫度(第一外氣溫度)的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b、壓縮機控制部80c)控制冷卻器側閥43的動作,以使冷卻水在冷卻器芯22與發動機散熱器32之間流動,并且使壓縮機26停止。
由此,在外氣的溫度低的情況下,能夠利用外氣的冷熱由冷卻器芯22對空氣進行冷卻除濕(例如外氣利用除濕模式)。因此,能夠降低壓縮機26的消耗動力。
在該動作狀態下,即使空調的吸入口模式是內氣循環模式也能夠由冷卻器芯22對空氣進行冷卻除濕,因此能夠抑制已污染的外氣、花粉等侵入至車室內,進而能夠提高乘員的舒適性。
在本實施方式中,具備:使發動機冷卻回路12的冷卻水繞過發動機散熱器32流動的散熱器旁通流路35;以及將散熱器旁通流路35和冷卻器側閥43連接起來的發動機吸熱流路42。并且,冷卻器側閥43對發動機冷卻回路12的冷卻水在散熱器旁通流路35流動的狀態和發動機冷卻回路12的冷卻水不在散熱器旁通流路35流動的狀態進行切換。
由此,通過切換為發動機冷卻回路12的冷卻水在散熱器旁通流路35流動的狀態,能夠使冷卻水在冷機21與發動機31之間流動。
因此,能夠進行由冷機21吸收發動機31的排熱的熱泵運轉,因此能夠利用發動機31的排熱由加熱器芯51對空氣進行加熱(例如發動機吸熱式熱泵制熱模式)。
在本實施方式中,在外氣的溫度小于規定溫度(第二外氣溫度)的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制冷卻器側閥43的動作以切換為發動機冷卻回路12的冷卻水在散熱器旁通流路35流動的狀態。
由此,即使在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度低的情況下,也能夠利用發動機31的排熱由加熱器芯51對空氣進行加熱,因此能夠實現制熱的節能化(例如發動機吸熱式熱泵制熱模式)。
在該動作狀態下,能夠使由加熱器芯51加熱后的空氣的溫度比發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度高。此時,能夠通過降低發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度,而使從發動機31向冷卻水傳遞的傳熱量增加,因此能夠提高車室內的制熱性能。
在本實施方式中,在連通模式時,在壓縮機26的制冷劑排出量在規定量以上或者壓縮機26的轉速在規定值以上,并且向車室內吹出的吹出空氣的溫度小于規定空氣溫度的情況下,控制裝置80(要求輸出部80f)將如下要求輸出至發動機控制裝置99:使發動機31的排熱量增加的要求;使發動機31的運轉率增加的要求;使發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度上升的要求;或者使發動機31的效率下降的要求。另外,在連通模式時,在發動機散熱器32或者冷機21流動的冷卻水的溫度小于規定冷卻水溫度(第四熱介質溫度)的情況下,并且在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度小于規定溫度(第五熱介質溫度)的情況下,控制裝置80(要求輸出部80f)將如下要求輸出至發動機控制裝置99:使發動機31的排熱量增加的要求;使發動機31的運轉率增加的要求;使發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度上升的要求;或者使發動機31的效率下降的要求。
由此,在發動機散熱器32發生結霜并且發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度低的情況下,使發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度上升,因此能夠確保車室內的制熱或者發動機散熱器32的除霜所需要的熱源,進而能夠維持車室內的制熱性能。
此外,對于在發動機散熱器32是否產生了結霜,是能夠基于發動機散熱器32的冷卻水的溫度、冷機21的冷卻水的溫度、冷機21的制冷劑的溫度、或者來自向車室室內吹出的吹出空氣溫度與壓縮機26的功的相關關系的背離量等進行判斷的。
在本實施方式中,具備加熱器側閥67,選擇性地使由冷凝器52加熱后的加熱器側冷卻水及由水水熱交換器38加熱后的加熱器側冷卻水中的一個流入至加熱器芯51。
在連通模式的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制加熱器側閥67的動作以使由冷凝器52加熱后的加熱器側冷卻水流入至加熱器芯51。
在連通模式時發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度在規定溫度(第五熱介質溫度)以上的情況下,控制裝置80(切換閥控制部80b)控制加熱器側閥67的動作,以使由水水熱交換器38加熱后的加熱器側冷卻水流入至加熱器芯51。
由此,不使高壓側制冷劑與空氣直接進行熱交換而是經由加熱器側冷卻水進行熱交換,因此能夠抑制在車室內產生制冷劑漏出的問題。因此,能夠提高制冷劑的選擇的自由度。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度低的情況下,通過制冷循環25的熱泵運轉對車室內進行制熱,因此能夠確保乘員的舒適性(例如外氣吸熱式熱泵制熱模式、發動機吸熱式熱泵制熱模式)。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度高的情況下,能夠利用發動機31的排熱由加熱器芯51對空氣進行加熱,因此能夠實現制熱的節能化(例如除濕制熱模式)。
在本實施方式中,具備使發動機冷卻回路12的冷卻水與加熱器側冷卻水進行熱交換的水水熱交換器38。
由此,在冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12流動的冷卻水和在冷凝器回路13流動的加熱器側冷卻水不在熱流入裝置38混流,因此能夠將冷卻水和加熱器側冷卻水設為彼此物理性能不同的流體。因此,能夠提高冷卻水及加熱器側冷卻水的選擇的自由度。
另外,冷卻水和加熱器側冷卻水不混流,因此能夠防止一方的回路內的異物給另一方的回路帶來壞影響。
在本實施方式中,加熱器側閥67對如下狀態進行切換:加熱器側冷卻水彼此獨立地在冷凝器回路13及散熱器回路14循環的狀態;以及冷凝器回路13和散熱器回路14連通以使加熱器側冷卻水在冷凝器52與加熱器側散熱器61之間流動的狀態。
由此,在冷凝器回路13和散熱器回路14連通的情況下,能夠在加熱器側散熱器61通過外氣對在冷凝器52通過高壓側制冷劑加熱后的加熱器側冷卻水進行冷卻,因此能夠對車室內進行制冷。
(第二實施方式)
在上述實施方式中,發動機冷卻回路12的冷卻水和冷凝器回路13的冷卻水經由水水熱交換器38進行熱交換,但是,在本實施方式中,如圖10所示,發動機冷卻回路12和冷凝器回路13能夠直接連接。
在本實施方式中,在發動機冷卻回路12的循環流路34連接有加熱器芯流路100。加熱器芯流路100是配置有加熱器芯51的冷卻水流路。
加熱器芯流路100的一端與循環流路34中的發動機31的冷卻水出口側的部位連接。加熱器芯流路100的一端與循環流路34中的發動機泵30的冷卻水吸入側的部位連接。
在本實施方式中,在冷凝器回路13的循環流路53配置有加熱器泵50、冷凝器52以及加熱器側散熱器61,且冷卻水按照加熱器泵50、冷凝器52以及加熱器側散熱器61的順序循環。
冷凝器回路13的循環流路53經由加熱器側閥101與發動機冷卻回路12的加熱器芯流路100連接。加熱器側閥101是具有四個端口(第一~第四端口)的四通閥。
加熱器側閥101的第一端口與加熱器芯51的冷卻水出口側的流路連接。加熱器側閥101的第二端口與發動機泵30的冷卻水吸入側的流路連接。換言之,加熱器側閥101的第二端口與發動機31的冷卻水入口側的流路連接。
加熱器側閥101的第三端口與加熱器側散熱器61的冷卻水出口側的流路連接。加熱器側閥101的第四端口與加熱器泵50的冷卻水吸入側的流路連接。換言之,加熱器側閥101的第四端口與加熱器芯51的冷卻水入口側的流路連接。
加熱器側閥101具有對第一~第四端口彼此的連接狀態進行切換的閥芯。加熱器側閥101是通過閥芯的切換動作來切換冷卻水流的冷卻水流切換部。
加熱器側連通流路102是將如下部位連通的冷卻水流路:冷凝器回路13的循環流路53中的冷凝器52的冷卻水出口側且加熱器側散熱器61的冷卻水入口側的部位;以及發動機冷卻回路12的加熱器芯流路100中的加熱器芯51的冷卻水入口側的部位。
散熱器協作流路103是將如下位連通的冷卻水流路:發動機冷卻回路12的循環流路34中的發動機31的冷卻水出口側且發動機散熱器32的冷卻水入口側的部位;以及冷凝器回路13的循環流路53中的冷凝器52的冷卻水出口側且加熱器側散熱器61的冷卻水入口側的部位。
在散熱器協作流路103配置有散熱器協作閥104。散熱器協作閥104是對散熱器協作流路103進行開閉的流路開閉裝置。在散熱器協作閥104將散熱器協作流路103打開時,能夠容易地抽出加熱器側散熱器61的空氣。
在加熱器側閥101使加熱器側散熱器61的冷卻水出口側和發動機泵30的冷卻水吸入側連通并且散熱器協作閥104將散熱器協作流路103打開時,從發動機31流出的冷卻水并聯地在發動機散熱器32及加熱器側散熱器61流動且循環。因此,從發動機31流出的冷卻水不僅在發動機散熱器32被冷卻也在加熱器側散熱器61被冷卻,因此能夠提高發動機31的冷卻性能,進而能夠提高發動機31的輸出。
在冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12配置有三個冷卻水流通設備62a、62b、62c。
在圖10的例子中,一個冷卻水流通設備62a配置于從冷卻器冷卻回路11的循環流路分支的冷卻水流路。其他兩個冷卻水流通設備62b、62c配置于從發動機冷卻回路12的加熱器芯流路100分支的冷卻水流路。在這些冷卻水流路的分支部配置有閥105、106。通過調節閥105、106的開度,能夠控制冷卻水流通設備62a、62b、62c的冷卻水流量。
即,在圖10的例子中,冷卻水流通設備62a、62b、62c并聯地配置于冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12中的任一個。冷卻水流通設備62a、62b、62c也可以串聯地配置于冷卻器冷卻回路11及發動機冷卻回路12中的任一個。
在發動機冷卻回路12的循環流路34中的發動機散熱器32的冷卻水入口側配置有發動機散熱器調流閥107。發動機散熱器調流閥107是調節發動機散熱器32的冷卻水的流量的發動機散熱器流量調節部。
(1)制冷模式及除濕制熱模式
在制冷模式及除濕制熱模式中,如圖11所示,冷卻器側閥43使冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機散熱器流路41及發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥101使加熱器側散熱器61的冷卻水出口側的流路和冷凝器52的冷卻水入口側的流路連通,并且使加熱器芯51的冷卻水出口側的流路和發動機31的冷卻水入口側的流路連通。
由此,在冷卻器冷卻回路11、發動機冷卻回路12以及冷凝器回路13中,冷卻水彼此獨立地循環。
在冷卻器冷卻回路11中,在冷卻水由冷機21冷卻之后,在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻。
另外,在發動機冷卻回路12中,由發動機31加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
另外,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器側散熱器61流動,因此在加熱器側散熱器61中冷凝器52的排熱及冷卻水流通設備62的排熱散發至外氣。
(2)外氣吸熱式熱泵制熱模式
在外氣吸熱式熱泵制熱模式中,如圖12所示,冷卻器側閥43使發動機散熱器流路41和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥101使加熱器芯51的冷卻水出口側的流路和冷凝器52的冷卻水入口側的流路連通,且將加熱器側散熱器61的冷卻水出口側的流路及發動機31的冷卻水入口側的流路關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇外氣吸熱式熱泵制熱模式。因此,在外氣吸熱式熱泵制熱模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在發動機散熱器32流動,因此在發動機散熱器32中冷卻水從外氣吸熱。
在不需要除濕的情況下,冷卻器側閥43阻斷冷卻水向冷卻器芯22的流通。
在需要除濕的情況下,冷卻器側閥43使冷卻水向冷卻器芯22流通。由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于水的冰點(0℃)以下的情況下,為了抑制冷卻器芯22的冰凍,調節冷卻器芯22的流量。在這以外的情況下,調節發動機散熱器32的流量且控制吸熱量,以避免冷卻器芯22水溫過度增高。
另外,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
(3)外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)
在外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)中,如圖13所示,冷卻器側閥43使發動機散熱器流路41和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機吸熱流路42關閉。另外,加熱器側閥101使加熱器芯51的冷卻水出口側的流路與冷凝器52的冷卻水入口側及發動機31的冷卻水入口側的流路連通,且將加熱器側散熱器61的冷卻水出口側的流路關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)。因此,在外氣吸熱式熱泵制熱模式(發動機排熱輔助)中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在發動機散熱器32流動,因此在發動機散熱器32中冷卻水從外氣吸熱。
在不需要除濕的情況下,冷卻器側閥43阻斷冷卻水向冷卻器芯22的流通。
在需要除濕的情況下,冷卻器側閥43使冷卻水向冷卻器芯22流通。由此,由冷機21冷卻后的冷卻水在冷卻器芯22流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被冷卻器芯22冷卻除濕。
此時,在外氣溫處于水的冰點(0℃)以下的情況下,為了抑制冷卻器芯22的冰凍,調節冷卻器芯22的流量。在這以外的情況下,調節發動機散熱器32的流量且控制吸熱量,以避免冷卻器芯22水溫過度增高。
另外,由發動機31加熱后的冷卻水及由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
控制冷卻水的流量等,以使冷卻水從發動機31奪取的熱量僅是能夠將發動機冷卻回路12的冷卻水溫度維持在規定溫度范圍內的量,從而能夠抑制因水溫降低產生的燃料效率變差,并且不提高發動機運轉率就能夠制熱,因此能夠提高制熱使用時的燃料效率。
(4)發動機吸熱式熱泵制熱模式
在發動機吸熱式熱泵制熱模式中,如圖14所示,冷卻器側閥43使發動機吸熱流路42和冷機21的冷卻水入口側的流路連通,且將冷卻器芯22的冷卻水出口側的流路及發動機散熱器流路41關閉。另外,加熱器側閥67使加熱器芯51的冷卻水出口側的流路和冷凝器52的冷卻水入口側的流路連通,且將發動機31的冷卻水入口側的流路及加熱器側散熱器61的冷卻水出口側的流路關閉。
在發動機冷卻回路12的冷卻水的溫度成為不能直接用于制熱的低溫的情況下(例如小于60℃),選擇發動機吸熱式熱泵制熱模式。因此,在發動機吸熱式熱泵制熱模式中,恒溫部37將散熱器旁通流路35打開且將發動機散熱器32側的流路關閉。
由此,由發動機31加熱后的冷卻水在冷機21流動,因此在冷機21中冷卻水吸收發動機31的排熱。
另外,由冷凝器52加熱后的冷卻水在加熱器芯51流動,因此在室內空調單元70的殼體71內流動的空氣(向車室內吹送的空氣)被加熱器芯51加熱。
(第三實施方式)
在上述實施方式中,作為使制冷循環25的高壓側制冷劑冷凝的冷凝器,具備使高壓側制冷劑與冷卻水進行熱交換的冷凝器52,但是,在本實施方式中,如圖15所示,作為制冷循環25的冷凝器,具備室內冷凝器(空氣加熱裝置)110及室外冷凝器111。
在制冷循環25中,室內冷凝器110及室外冷凝器111并聯地配置,冷卻水按照室內冷凝器110及室外冷凝器111的順序流動。
室內冷凝器110是通過使從壓縮機26排出的高壓側制冷劑與向車室內吹送的空氣進行熱交換,而使高壓側制冷劑冷凝并且對向車室內吹送的空氣進行加熱的室內熱交換器。在殼體71內的空氣通路中,室內冷凝器110相比于加熱器芯51配置于空氣流動方向下游側。
室外冷凝器111是通過使從壓縮機26排出的高壓側制冷劑與外氣進行熱交換而使高壓側制冷劑冷凝的室外熱交換器。室外冷凝器111配置于車輛的發動機室。外氣通過室外送風機33向室外冷凝器111吹送。室外冷凝器111相比于發動機散熱器32配置于外氣流動方向上游側。
制冷循環25具備制冷劑旁通流路112及三通閥113。制冷劑旁通流路112是使從室內冷凝器110流出的制冷劑繞過室外冷凝器111向膨脹閥28流動的制冷劑流路。三通閥113是對在室外冷凝器111流動的制冷劑和在制冷劑旁通流路112流動的制冷劑的流量比例的制冷劑流量比例進行調節調節部。
制冷循環25具備儲液器114。儲液器114是將從冷機21流出的氣液二相制冷劑分離為氣相制冷劑和液相制冷劑,且使分離后的氣相制冷劑向壓縮機26側流出的氣液分離器。儲液器114是調節在制冷循環25流動的制冷劑的流量的制冷劑流量調節部。
在本實施方式中,具備使制冷循環25的高壓側制冷劑與向車室內吹送的空氣進行熱交換且對向車室內吹送的空氣進行加熱的室內冷凝器110。
由此,能夠通過簡單的結構,利用制冷循環25的高壓側制冷劑的熱對向車室內吹送的空氣進行加熱。
在本實施方式中,具備:使高壓側制冷劑與外氣進行熱交換的室外冷凝器111;以及對在室內冷凝器110流動的高壓側制冷劑與在室外冷凝器111流動的高壓側制冷劑的流量比例進行調節的三通閥113。
由此,在高壓側制冷劑在室外冷凝器111流動的情況下,能夠由室外冷凝器111通過外氣對高壓側制冷劑進行冷卻,因此能夠對車室內進行制冷。
(第四實施方式)
在上述實施方式中,具備由四通閥構成的冷卻器側閥43,但是,在本實施方式中,如圖16所示,具備由五通閥構成的冷卻器側閥120。
冷卻器側閥120兼備上述實施方式的恒溫部37的功能。
冷卻器側閥120的五個端口中的第一端口及第二端口與冷卻器冷卻回路11的冷卻水流路連接。
冷卻器側閥120的第三端口及第四端口與發動機冷卻回路12的循環流路34連接。冷卻器側閥120的第五端口與散熱器旁通流路35連接。
具體而言,第一端口與冷卻器芯22的冷卻水出口側連接。第二端口與冷卻器泵20的冷卻水吸入側連接。換言之,第二端口與冷機21的冷卻水入口側連接。
第三端口與發動機散熱器32的冷卻水出口側連接。第四端口與發動機泵30的冷卻水吸入側連接。換言之,第四端口與發動機31的冷卻水入口側連接。第五端口與散熱器旁通流路35的冷卻水出口側連接。
冷卻器側閥120具有對該五個端口彼此的連接狀態進行切換的閥芯。冷卻器側閥120是通過閥芯的切換動作來切換冷卻水流的冷卻水流切換部(切換裝置)。
在圖16的例子中,制冷循環25具備制冷劑溫度壓力傳感器121、電氣式膨脹閥122、制冷劑流通設備123以及壓力調節閥124。
制冷劑溫度壓力傳感器121是對從壓縮機26排出的高壓側制冷劑的溫度及壓力進行檢測的檢測部(檢測裝置)。
電氣式膨脹閥122是使從室內冷凝器110及室外冷凝器111流出的液相制冷劑減壓膨脹的減壓部(減壓裝置)。
電氣式膨脹閥122由閥芯及可變節流機構構成,其中,該閥芯構成為能夠變更節流開度,該可變節流機構具有使該閥芯的節流開度變化的電動促動器。該電動促動器的動作通過從控制裝置80輸出的控制信號來控制。
決定向電氣式膨脹閥122輸出的控制信號,以使從壓縮機26排出的高壓側制冷劑的壓力接近目標高壓。目標高壓是基于從壓縮機26排出的高壓側制冷劑的溫度及外氣溫tam,且參照預先存儲于控制裝置80的控制映射而決定的。
制冷劑流通設備123是通過制冷劑在其內部流通而被冷卻的設備。由電氣式膨脹閥122減壓后的低壓制冷劑在制冷劑流通設備123的內部流通。
作為制冷劑流通設備123,列舉有例如后冷卻器、電池熱交換器以及保溫箱等。
后冷卻器是對向車室內后方部吹出的空氣進行冷卻的空氣冷卻用熱交換器。電池熱交換器是對搭載于車輛的電池進行冷卻的電池冷卻裝置。保溫箱是對收納于內部的物品進行冷卻的冷卻庫。
在制冷劑流中,電氣式膨脹閥122、制冷劑流通設備123以及壓力調節閥124與膨脹閥28及冷機21并聯地配置。
在本實施方式中,冷卻器側閥120對冷卻器芯22的冷卻水出口側、冷機21的冷卻水入口側、發動機散熱器32的冷卻水出口側、發動機31的冷卻水入口側、散熱器旁通流路35的冷卻水出口側之間的冷卻水流進行切換。
由此,能夠將上述實施方式的恒溫部37與冷卻器側閥120一體化,因此能夠簡化結構。
(第五實施方式)
在本實施方式中,如圖17所示,在冷卻器冷卻回路11配置有蓄冷器130。
蓄冷器130是儲蓄冷卻水所持有的冷熱的蓄冷部(蓄冷裝置)。例如,蓄冷器130具有儲存冷卻水的冷卻水箱。蓄冷器130也可以具有潛熱型蓄冷材料。具體而言,潛熱型蓄冷材料是凝固點被調節在0~10℃的范圍的石蠟、水合物等。蓄冷器130也可以具有比熱大的物質。
在圖17的例子中,冷卻水向蓄冷器130的冷卻水的流通/阻斷由冷卻器側閥43切換。因此,在圖17的例子中,冷卻器側閥43由具有五個端口的五通閥構成。
也可以通過與冷卻器側閥43分體的閥來切換冷卻水向蓄冷器130的流通/阻斷。
例如,在通常制冷時使冷卻水向蓄冷器130流通而進行蓄冷,在急速制冷時(冷卻時)阻斷冷卻水向蓄冷器130的流通不進行蓄冷。
(其他實施方式)
能夠適當組合上述實施方式。能夠使上述實施方式例如如下那樣地進行各種變形。
在上述各實施方式中,采用冷卻水作為在冷卻器冷卻回路11、發動機冷卻回路12、冷凝器回路13以及散熱器回路14流動的熱介質,但是也可以采用油等各種介質作為熱介質。
也可以采用納米流體作為熱介質。納米流體是混入有粒子徑為納米等級的納米粒子的流體。通過使納米粒子混入熱介質,從而在以采用乙二醇的冷卻水(所謂的防凍溶液)的方式而使凝固點降低的作用效果的基礎上,還能夠獲得如下作用效果。
即,能夠獲得如下作用效果:使特定的溫度帶的熱傳導率提高的作用效果;使熱介質的熱容量增加的作用效果;金屬配管的緩蝕效果和防止橡膠配管老化的作用效果;以及提高極低溫的熱介質的流動性的作用效果。
這樣的作用效果根據納米粒子的粒子結構、粒子形狀、配合比率、附加物質而進行各種變化。
由此,能夠使熱傳導率提高,因此即使與采用乙二醇的冷卻水相比是少量的熱介質也能夠獲得同等的冷卻效率。
另外,能夠使熱介質的熱容量增加,因此能夠使熱介質自身的蓄冷熱量(因顯熱產生的蓄冷熱)增加。
即使在不使壓縮機26動作的狀態下,通過使蓄冷熱量增加,也能夠在一定程度的時間實施利用蓄冷熱的設備的冷卻、加熱的調溫,因此能夠實現車輛用熱管理系統10的省動力化。
優選納米粒子的縱橫尺寸比在50以上。因為能夠獲得充分的熱傳導率。此外,縱橫尺寸比是表示納米粒子的縱×橫的比率的形狀指標。
作為納米粒子,能夠采用包含au、ag、cu以及c中的任一種的粒子。具體而言,作為納米粒子的構成原子,能夠采用au納米粒子、ag納米絲、cnt(碳納米管)、石墨烯、石墨芯殼型納米粒子(以包圍上述原子的方式的碳納米管等的構造體的粒子體)以及包含au納米粒子的cnt等。
在上述各實施方式的制冷循環25中,采用氟利昂系制冷劑作為制冷劑,但是制冷劑的種類不限定于此,也可以采用二氧化碳等自然制冷劑或碳化氫系制冷劑等。
冷卻器側閥43、120及發動機散熱器調流閥107也可以是發動機散熱器流量調節裝置。
另外,上述各實施方式的制冷循環25構成高壓側制冷劑壓力不超過制冷劑的臨界壓力的亞臨界制冷循環,但是也可以構成高壓側制冷劑壓力超過制冷劑的臨界壓力的超臨界制冷循環。
本發明以實施例為依據進行記述,但是可以理解為本發明不限定于該實施例、構造。本發明也包含各種各樣的變形例、等同范圍內的變形。此外,各種各樣的組合、方式,而且在這些組合、方式中包含僅一要素、一個要素以上、或者一個要素以下的其他的組合、方式也在本發明的范疇和思想范圍內。