熱交換裝置和用于控制熱交換裝置的方法

熱交換裝置和用于控制熱交換裝置的方法
【專利摘要】一種在致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部（31）之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置（1）具有：壓縮機(jī)（12）；第一熱交換器（14），所述第一熱交換器在致冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換；第二熱交換器（18），所述第二熱交換器在致冷劑與空調(diào)用空氣之間進(jìn)行熱交換；開度調(diào)整閥（40），所述開度調(diào)整閥調(diào)整第一熱交換器（14）與溫度被調(diào)節(jié)部（31）之間的致冷劑路徑的開度；膨脹閥（16），所述膨脹閥配置在溫度被調(diào)節(jié)部（31）與第二熱交換器（18）之間的致冷劑路徑中，并且使致冷劑減壓；和ECU（80），所述ECU控制調(diào)整閥（40）的開度。ECU（80）增大開度調(diào)整閥（40）的開度以由此加熱溫度被調(diào)節(jié)部（31），并且減小開度調(diào)整閥（40）的開度以由此冷卻溫度被調(diào)節(jié)部（31）。
【專利說明】熱交換裝置和用于控制熱交換裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱交換裝置，更具體地涉及一種在流過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置，并且還涉及一種用于控制熱交換裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為環(huán)境問題的對策之一，通過電機(jī)的驅(qū)動力行駛的混合動力車輛、燃料電池車輛、電動汽車等已引起關(guān)注。在此類車輛中，諸如電機(jī)、發(fā)電機(jī)、逆變器、變換器和電池之類的電氣設(shè)備由于電力交換而發(fā)熱。相應(yīng)地，必須冷卻這些電氣設(shè)備。因而已開發(fā)了依賴于被用作車輛用空調(diào)裝置的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)來冷卻電氣設(shè)備的技術(shù)。
[0003]例如，日本專利申請公報N0.11-23081 (JP11-23081A)公開了一種裝置，該裝置設(shè)置有冷卻器，該冷卻器具有致冷循環(huán)的中壓致冷劑冷卻發(fā)熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)，并且該裝置設(shè)置有電動膨脹閥，所述電動膨脹閥配置在冷卻器的上游和下游，使得閥的開度能基于外部信號來控制，其中利用中壓致冷劑來冷卻放熱設(shè)備。
[0004]日本專利申請公報N0.2005-90862 (JP2005-90862A)公開了一種冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)在繞開空調(diào)用致冷循環(huán)的減壓器、蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的旁通通路處設(shè)置有用于冷卻發(fā)熱體的發(fā)熱體冷卻裝置。
[0005]W02009/127292公開了一種冷卻裝置，其中在用于使冷卻回路中的致冷劑液化的冷凝器的下游配置有蒸發(fā)器，并且電氣元件單元的熱被供給到該蒸發(fā)器，以由此冷卻電氣元件單元。
[0006]當(dāng)電池的溫度下降時，輸出密度同樣會由于對電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)的抑制而下降。因此，當(dāng)電池溫度低時，可能無法保證電池輸出。相應(yīng)地，希望適度對電池進(jìn)行加溫。在JP11-23081A、JP2005-90862A和W02009/127292中，提出了這樣的裝置:通過利用致冷循環(huán)的致冷劑進(jìn)行的冷卻，能以低成本冷卻作為要冷卻的裝置的電氣設(shè)備。但是，未描述對電氣設(shè)備進(jìn)行加溫的思想。
[0007]關(guān)于用于對車輛搭載的電池進(jìn)行加溫的技術(shù)，例如，日本專利申請公報N0.2009-257254 (JP2009-257254A)公開了一種系統(tǒng)，其中在車輛行駛時熱儲存在化學(xué)蓄熱材料中，并且在車輛起動期間，利用儲存在化學(xué)蓄熱材料中的熱來加熱電池。日本專利申請公報N0.10-12286 (JP10-12286A)公開了一種裝置，其中用于加熱乘員艙的加熱流體也用于加熱電池。
[0008]如上所述，JP11-23081A、JP2005-90862A、TO2009/127292、JP2009-257254A和JP10-12286A公開了包括冷卻或加溫電氣設(shè)備的技術(shù)，但并未公開控制電氣設(shè)備的溫度以應(yīng)對電氣設(shè)備需要進(jìn)行冷卻和電氣設(shè)備需要進(jìn)行加熱這兩種情況的思想。相應(yīng)地，這些技術(shù)不足以作為用于調(diào)節(jié)要根據(jù)諸如外部空氣溫度之類的條件選擇性地冷卻或加溫的設(shè)備——如電池——的溫度的技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種通過與致冷劑進(jìn)行熱交換而允許適度調(diào)節(jié)溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的熱交換裝置及其控制方法。
[0010]相應(yīng)地，在第一方面，本發(fā)明提供了一種在致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置，所述熱交換裝置具有:壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮所述致冷劑并使所述致冷劑在所述熱交換裝置中循環(huán)；第一熱交換器，所述第一熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換；第二熱交換器，所述第二熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與空調(diào)用空氣之間進(jìn)行熱交換；開度調(diào)整閥，所述開度調(diào)整閥構(gòu)造成調(diào)整所述第一熱交換器與所述溫度被調(diào)節(jié)部之間的致冷劑路徑的開度；膨脹閥，所述膨脹閥配置在所述溫度被調(diào)節(jié)部與所述第二熱交換器之間的致冷劑路徑中，并且構(gòu)造成使所述致冷劑減壓；和控制器，所述控制器構(gòu)造成控制所述開度調(diào)整閥的開度。所述控制器增大所述開度調(diào)整閥的開度以由此加熱所述溫度被調(diào)節(jié)部，以及減小所述開度調(diào)整閥的開度以由此冷卻所述溫度被調(diào)節(jié)部。
[0011]上述熱交換裝置還可具有檢測裝置，所述檢測裝置檢測所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度，其中所述控制器基于由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述開度調(diào)整閥的開度。
[0012]在上述熱交換裝置中，當(dāng)由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器可增大所述開度調(diào)整閥的開度，并且當(dāng)由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于所述目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器可減小所述開度調(diào)整閥的開度。
[0013]在上述熱交換裝置中，所述控制器可基于所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度而控制所述膨脹閥的開度。在上述熱交換裝置中，當(dāng)所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器可增大所述膨脹閥的開度。
[0014]在上述熱交換裝置中，所述控制器可基于所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度而控制所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。在上述熱交換裝置中，當(dāng)所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器可減小所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
[0015]在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于控制在致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置的方法，其中所述熱交換裝置包括:壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮所述致冷劑并使所述致冷劑在所述熱交換裝置中循環(huán)；第一熱交換器，所述第一熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換；第二熱交換器，所述第二熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與空調(diào)用空氣之間進(jìn)行熱交換；開度調(diào)整閥，所述開度調(diào)整閥構(gòu)造成調(diào)整所述第一熱交換器與所述溫度被調(diào)節(jié)部之間的致冷劑路徑的開度；和膨脹閥，所述膨脹閥配置在所述溫度被調(diào)節(jié)部與所述第二熱交換器之間的致冷劑路徑中，并且構(gòu)造成使所述致冷劑減壓；在所述用于控制熱交換裝置的方法中:判定所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度；當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，通過增大所述開度調(diào)整閥的開度來加熱所述溫度被調(diào)節(jié)部；并且當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于所述目標(biāo)溫度范圍時，通過減小所述開度調(diào)整閥的開度來冷卻所述溫度被調(diào)節(jié)部。[0016]在上述控制方法中，可基于在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得到的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空間之間的熱交換量；并且當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于所述目標(biāo)溫度范圍時，可減小所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
[0017]在上述控制方法中，可基于在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的判定中得到的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述膨脹閥的開度。在上述方法中，當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于目標(biāo)溫度范圍時，可增大所述膨脹閥的開度。
[0018]本發(fā)明的熱交換裝置及其控制方法可以通過致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間的熱交換來適度調(diào)節(jié)溫度被調(diào)節(jié)部的溫度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面將參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0020]圖1是示出了本發(fā)明一實(shí)施例中的熱交換裝置的構(gòu)型的示意圖；
[0021]圖2是詳細(xì)示出了圖1所示的電子控制單元(EOT)的構(gòu)型的框圖；
[0022]圖3是示出了圖1所示的電池的目標(biāo)溫度范圍的曲線圖；
[0023]圖4是示出了本實(shí)施例的熱交換控制方法的示例的流程圖；
[0024]圖5是示出了循環(huán)通過本實(shí)施例的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的致冷劑的狀態(tài)的第一示例的莫里爾圖；
[0025]圖6是示出了循環(huán)通過本實(shí)施例的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的致冷劑的狀態(tài)的第二示例的莫里爾圖；
[0026]圖7是示出了循環(huán)通過本實(shí)施例的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的致冷劑的狀態(tài)的第三示例的莫里爾圖；以及
[0027]圖8是示出了根據(jù)本實(shí)施例的電池溫度的時間變化的時序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]接下來將基于【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施例。在以下圖中，同樣或相當(dāng)?shù)牟糠钟猛瑯拥母綀D標(biāo)記表示，并且將省略其重復(fù)說明。
[0029]圖1是示出了本實(shí)施例的熱交換裝置I的構(gòu)型的示意圖。如圖1所示，熱交換裝置I設(shè)置有蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10。蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10具有壓縮機(jī)12、作為第一熱交換器的熱交換器14、膨脹閥16、和作為第二熱交換器的熱交換器18。例如，蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10出于車輛冷卻的目的而安裝在車輛中。當(dāng)例如用于冷卻的開關(guān)被打開時，或者當(dāng)自動選擇了將車輛內(nèi)部的溫度調(diào)節(jié)為設(shè)定溫度的控制模式并且乘員艙中的溫度高于該設(shè)定溫度時，執(zhí)行借助于蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10進(jìn)行的冷卻。
[0030]利用呈安裝在車輛中的電機(jī)或發(fā)動機(jī)的形式的動力源工作的壓縮機(jī)12使致冷劑氣體被絕熱壓縮成過熱狀態(tài)致冷劑氣體。壓縮機(jī)12在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10工作期間吸入并壓縮從熱交換器18流來的致冷劑，并且將高溫、高壓的氣相致冷劑放出到致冷劑通路
21。通過向致冷劑通路21放出致冷劑，壓縮機(jī)12使致冷劑循環(huán)至蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10。
[0031]在熱交換器14中，在壓縮機(jī)12中壓縮的過熱狀態(tài)致冷劑氣體向外部介質(zhì)中等壓地放熱，并變成致冷劑液。在熱交換器14處，由壓縮機(jī)12放出的高壓氣相致冷劑向周圍放熱，并且結(jié)果被冷卻并冷凝(液化)。熱交換器14具有供致冷劑流過的管，和用于在流過該管的致冷劑與熱交換器14周圍的空氣之間進(jìn)行熱交換的翅片。
[0032]在熱交換器14中發(fā)生冷卻空氣與致冷劑之間的熱交換。冷卻空氣由于隨著車輛行駛而發(fā)生的自然通風(fēng)而供給到熱交換器14?；蛘?，冷卻空氣可通過由冷凝器風(fēng)扇42或冷卻風(fēng)扇一如用于發(fā)動機(jī)冷卻的散熱器風(fēng)扇一進(jìn)行的強(qiáng)制通風(fēng)而供給到熱交換器14。由于熱交換器14處的熱交換，致冷劑的溫度下降，并且致冷劑液化。
[0033]膨脹閥16使流過致冷劑通路25的高壓液相致冷劑從小孔噴出，因此致冷劑通路25膨脹并變成低溫、低壓的霧狀致冷劑。膨脹閥16降低由熱交換器14冷凝的致冷劑液的壓力，并且致冷劑液由此變成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸氣。
[0034]流過熱交換器18的內(nèi)部的霧狀致冷劑氣化，并且結(jié)果從導(dǎo)入成與熱交換器18相接觸的周圍空氣吸熱。在熱交換器18中，利用已由膨脹閥16減壓的致冷劑從流向車輛內(nèi)部的空調(diào)用空氣吸收致冷劑的濕蒸氣蒸發(fā)成致冷劑氣體時的氣化熱。結(jié)果車輛內(nèi)部被冷卻。已通過在熱交換器18中的吸熱而降溫的空調(diào)用空氣再次返回車輛內(nèi)部，并且車輛內(nèi)部由此被冷卻。致冷劑通過周圍熱的吸收而在熱交換器18中被加熱。
[0035]熱交換器18具有分配致冷劑的管，和用于在流過該管的致冷劑與熱交換器18周圍的空氣之間進(jìn)行熱交換的翅片。處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑流過管。當(dāng)流過管時，致冷劑經(jīng)由翅片通過以蒸發(fā)潛熱形式吸收來自車輛內(nèi)部的空氣的熱而蒸發(fā)，并由于顯熱而變成過熱蒸氣。氣化的致冷劑經(jīng)致冷劑通路26流向壓縮機(jī)12。壓縮機(jī)12壓縮從熱交換器18流來的致冷劑。
[0036]蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10具有使壓縮機(jī)12與熱交換器14連通的致冷劑通路21、使熱交換器14與膨脹閥16連通的致冷劑通路22、23、24、使膨脹閥16與熱交換器18連通的致冷劑通路25、和使熱交換器18與壓縮機(jī)12連通的致冷劑通路26。
[0037]致冷劑通路21是用于使致冷劑從壓縮機(jī)12流到熱交換器14的通路。致冷劑在壓縮機(jī)12與熱交換器14之間經(jīng)由致冷劑通路21從壓縮機(jī)12的出口流向熱交換器14的入口。致冷劑通路22至24是用于使致冷劑從熱交換器14流到膨脹閥16的通路。致冷劑在熱交換器14與膨脹閥16之間經(jīng)由致冷劑通路22至24從熱交換器14的出口流向膨脹閥16的入口。
[0038]致冷劑通路25是用于使致冷劑從膨脹閥16流到熱交換器18的通路。致冷劑在膨脹閥16與熱交換器18之間經(jīng)由致冷劑通路25從膨脹閥16的出口流向熱交換器18的入口。致冷劑通路26是用于使致冷劑從熱交換器18流到壓縮機(jī)12的通路。致冷劑在熱交換器18與壓縮機(jī)12之間經(jīng)由致冷劑通路26從熱交換器18的出口流向壓縮機(jī)12的入□。
[0039]蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10是通過借助于致冷劑通路21至26連接壓縮機(jī)12、熱交換器14、膨脹閥16和熱交換器18而構(gòu)成的。作為蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑，能使用例如二氧化碳、諸如丙烷或異丁烷的烴、氨、碳氟化合物、水等。
[0040]從熱交換器14的出口流向膨脹閥16的入口的致冷劑所經(jīng)過的路徑包括從熱交換器14的出口側(cè)朝向開度調(diào)整閥40的致冷劑通路22、從開度調(diào)整閥40到熱交換單元30的致冷劑通路23、和供致冷劑從熱交換單元30的出口側(cè)流向膨脹閥16所經(jīng)過的致冷劑通路24。致冷劑液經(jīng)由致冷劑通路23從開度調(diào)整閥40流向熱交換單元30。通過熱交換單元30的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路24流向膨脹閥16。熱交換單元30設(shè)置在從熱交換器14流向膨脹閥16的致冷劑路徑上。
[0041 ] 熱交換單元30具有電池31和冷卻通路32，所述電池是安裝在車輛中的蓄電池，所述冷卻通路是供致冷劑流過的管。電池31是在熱交換裝置I中被調(diào)節(jié)溫度的溫度被調(diào)節(jié)部的示例。冷卻通路32的一端連接到致冷劑通路23，并且冷卻通路32的另一端連接到致冷劑通路24。
[0042]開度調(diào)整閥40與膨脹閥16之間的致冷劑路徑包括位于熱交換單元30上游(更接近開度調(diào)整閥40的一側(cè))的致冷劑通路23、熱交換單元30中包括的冷卻通路32、和位于熱交換單元30的下游(更接近膨脹閥16的一側(cè))的致冷劑通路24。致冷劑通路23是用于使致冷劑從開度調(diào)整閥40流向熱交換單元30的通路。致冷劑通路24是用于使致冷劑從熱交換單元30流向膨脹閥16的通路。
[0043]流向熱交換單元30并流經(jīng)冷卻通路32的致冷劑從作為熱源的電池31取走熱量，并由此冷卻電池31。熱交換單元30利用經(jīng)由致冷劑通路23流到冷卻通路32的致冷劑冷卻電池31。電池和流過冷卻通路32的致冷劑在熱交換單元30中彼此進(jìn)行熱交換。結(jié)果，電池31被冷卻并且致冷劑被加熱。致冷劑然后經(jīng)由致冷劑通路24從熱交換單元30移向膨脹閥16。
[0044]熱交換單元30設(shè)置成具有在冷卻通路32處實(shí)現(xiàn)電池31與致冷劑之間的熱交換的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，熱交換單元30具有以例如冷卻通路32的外周面與電池31的框體直接接觸的這種方式形成的冷卻通路32。冷卻通路32具有鄰近電池31的框體的部分。電池31與流過冷卻通路32的致冷劑之間能在該部分發(fā)生熱交換。
[0045]電池31通過直接連接到形成從蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的熱交換器14 一直到膨脹閥16的致冷劑路徑的一部分的冷卻通路32的外周面而被冷卻。電池31配置在冷卻通路32的外部，并且因此電池31不會干涉流過冷卻通路32的內(nèi)部的致冷劑的流動。結(jié)果，蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的壓力損失不會增大，并且相應(yīng)地能夠在不增大壓縮機(jī)12的動力的情況下冷卻電池31。
[0046]或者，熱交換單元30可設(shè)置有配置成介設(shè)在電池31與冷卻通路32之間的任意常規(guī)熱管。這種情況下，電池31經(jīng)由熱管連接到冷卻通路32的外周面，并且熱經(jīng)由熱管從電池31傳遞到冷卻通路32，作為結(jié)果使得電池31被冷卻。通過將電池31設(shè)定為熱管的加熱部并且將冷卻通路32設(shè)定為熱管的冷卻部來提高冷卻通路32與電池31之間的熱傳遞效率。由此能提高電池31的冷卻效率。例如，能使用管芯式(wick)熱管。
[0047]能借助于熱管可靠地將熱從電池31傳遞到冷卻通路32。因此，電池31與冷卻通路32之間可存在一定距離，并且不需要以復(fù)雜的方式設(shè)置冷卻通路32來使冷卻通路32與電池31相接觸。結(jié)果能提高電池31的配置自由度。
[0048]電池31是設(shè)置在電氣設(shè)備中的蓄電裝置，所述電氣設(shè)備在電力交換時發(fā)熱。電池31是二次電池，如鋰離子電池或鎳金屬氫化物電池。可使用電容器代替電池31。
[0049]熱交換單兀30具有溫度傳感器63、64。溫度傳感器63、64的作用是作為用于檢測電池31的溫度的檢測單元。如圖1所示，可設(shè)置多個溫度傳感器以檢測電池31的多個部位的溫度，或者替換地，可在允許檢測電池31的溫度的代表值的位置設(shè)置一個溫度傳感器。如果設(shè)置多個溫度傳感器，則能更精確地測量電池31的溫度，并且能提高基于電池31的溫度的控制的可靠性。
[0050]開度調(diào)整閥40設(shè)置在熱交換器14的出口與具有作為溫度被調(diào)節(jié)部的電池31的熱交換單元30之間。熱交換器14和開度調(diào)整閥40借助于致冷劑通路22連接。致冷劑經(jīng)致冷劑通路22從熱交換器14流向開度調(diào)整閥40。開度調(diào)整閥40和熱交換單元30借助于致冷劑通路23而連接。致冷劑經(jīng)致冷劑通路23從開度調(diào)整閥40流向熱交換單元30。
[0051]開度調(diào)整閥40以這樣的方式設(shè)置:能通過對開度調(diào)整閥40的開度的調(diào)整來調(diào)整熱交換器14與熱交換單元30之間的致冷劑路徑的開度。開度調(diào)整閥40允許調(diào)節(jié)從熱交換器14流向熱交換單元30的致冷劑的流量。當(dāng)開度調(diào)整閥40的開度減小時，流向熱交換單元30的致冷劑的流量減少，并且冷卻電池31的冷卻能力降低。當(dāng)開度調(diào)整閥40的開度增大時，流向熱交換單元30的致冷劑的流量增大，并且電池31的冷卻能力提高。
[0052]熱交換器18通過致冷劑與空調(diào)用空氣之間的熱交換來調(diào)節(jié)空調(diào)用空氣的溫度?？照{(diào)用空氣可以是外部空氣或車輛內(nèi)部的空氣。在冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)期間，空調(diào)用空氣在熱交換器18中被冷卻，并且致冷劑通過接受來自空調(diào)用空氣的熱的傳遞而被加熱。
[0053]致冷劑通過經(jīng)過其中壓縮機(jī)12、熱交換器14、膨脹閥16和熱交換器18借助于致冷劑通路21至26順次連接的致冷劑循環(huán)流動通道而循環(huán)通過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10。致冷劑在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中流動以相繼經(jīng)過圖1所示的A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)、E點(diǎn)和F點(diǎn)。致冷劑循環(huán)通過壓縮機(jī)12、熱交換器14、膨脹閥16和熱交換器18。
[0054]在冷卻運(yùn)轉(zhuǎn)期間，通過與熱交換器18相接觸而導(dǎo)入的來自周圍空氣的熱通過流過熱交換器18的內(nèi)部的霧狀致冷劑的氣化而被吸收。利用在膨脹閥16處經(jīng)歷節(jié)流膨脹和減壓的低溫、低壓的致冷劑在熱交換器18中從來自流向車輛內(nèi)部的空調(diào)用空氣吸收致冷劑的濕蒸氣蒸發(fā)成致冷劑氣體時的氣化熱。車輛內(nèi)部由此被冷卻。已在熱交換器18中通過吸熱而降溫的空調(diào)用空氣回流到車輛內(nèi)部，并且結(jié)果車輛內(nèi)部被冷卻。
[0055]在蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的運(yùn)轉(zhuǎn)期間，乘員艙的內(nèi)部通過由致冷劑在被用作蒸發(fā)器的熱交換器18中從車輛內(nèi)部中的空氣吸收氣化熱而被冷卻。從熱交換器14流出的高壓液態(tài)致冷劑流向熱交換單元30，并通過與電池31進(jìn)行的熱交換而冷卻電池31。熱交換裝置I借助于用于對車輛內(nèi)部進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10而冷卻電池31，該電池31是安裝在車輛中的熱源。
[0056]在熱交換器18中，利用設(shè)置用于冷卻被冷卻部的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10來冷卻電池31，并且因此不需要設(shè)置專用的水循環(huán)泵、冷卻風(fēng)扇等來冷卻電池31。結(jié)果，能縮小冷卻電池31所需的結(jié)構(gòu)的尺寸，并且能簡化所包括的構(gòu)型。結(jié)果能降低熱交換裝置I的制造成本。另外，不需要運(yùn)轉(zhuǎn)用于冷卻電池31的泵或冷卻風(fēng)扇的動力源，并且不要消耗動力以運(yùn)轉(zhuǎn)該動力源。因此，能相應(yīng)地降低用于冷卻電池31的動力消耗。
[0057]當(dāng)已經(jīng)過膨脹閥16后的低溫、低壓的致冷劑被用于冷卻電池31時，對乘員艙的冷卻能力由于熱交換器18對乘員艙中的空氣的冷卻能力的降低而下降。在本實(shí)施例的熱交換裝置I中，冷卻電池31的熱交換單元30設(shè)置在從熱交換器14流向膨脹閥16的致冷劑路徑上。致冷劑在熱交換器14中被充分冷卻，從而作為結(jié)果，致冷劑在膨脹閥16的出口處具有冷卻車輛內(nèi)部本來需要的溫度和壓力。結(jié)果，能充分增大熱交換器18中的致冷劑蒸發(fā)時從外部受熱的量。[0058]允許致冷劑的充分冷卻的熱交換器14的放熱能力被確定成在不影響用以冷卻乘員艙中的空氣的冷卻能力的情況下實(shí)現(xiàn)電池31的冷卻。結(jié)果，能可靠地保證電池31的冷卻能力和對乘員艙的冷卻能力兩者。
[0059]接下來將對本實(shí)施例的熱交換裝置I的控制進(jìn)行說明。如圖1所示，作為控制熱交換裝置I的控制單元的E⑶80從溫度傳感器63、64接收指示電池31的溫度的信號Tl、T2。E⑶80輸出命令壓縮機(jī)12起動或停止指令的信號Cl、分別指示開度調(diào)整閥40和膨脹閥16的開度的信號V1、V2、和命令用于冷凝器風(fēng)扇42的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)速)的信號Ml。
[0060]圖2是詳細(xì)示出了 E⑶80的構(gòu)型的框圖。E⑶80設(shè)置有監(jiān)視熱交換裝置I安裝在其中的車輛的所有控制單元的電動車輛(EV) _ECT81。E⑶80設(shè)置有控制壓縮機(jī)12的起動和停止的壓縮機(jī)控制單元82、控制膨脹閥16和開度調(diào)整閥40的開度的閥控制單元83、和控制電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)的電機(jī)控制單元85。E⑶80還具有存儲器84，如隨機(jī)存取存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)。通過由E⑶80根據(jù)存儲在存儲器84中的控制程序執(zhí)行各種處理來控制熱交換裝置I。
[0061]指示電池31中的溫度的測定值的信號T1、T2由EV_ECT81接收。EV_ECT81將由溫度傳感器63、64檢測出的電池31的當(dāng)前溫度與存儲在存儲器84中的電池31的溫度的上限值和下限值進(jìn)行比較，并判斷電池31的溫度是否處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。根據(jù)判斷結(jié)果，EV_ECU81將相應(yīng)控制信號傳輸?shù)綁嚎s機(jī)控制單元82、閥控制單元83和電機(jī)控制單元85。
[0062]壓縮機(jī)控制單元82接收由EV_ECT81傳輸?shù)目刂浦噶?，并且將命令壓縮機(jī)12的起動或停止的信號Cl傳輸?shù)綁嚎s機(jī)12。閥控制單元83接收由EV_ECU81傳輸?shù)目刂浦噶?，將命令開度調(diào)整閥40的開度的信號Vl傳輸?shù)介_度調(diào)整閥40，并且將命令膨脹閥16的開度的信號V2傳輸?shù)脚蛎涢y16。閥控制單元85接收由EV_ECU81傳輸?shù)目刂浦噶睿⑶覍⒚铍姍C(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)的信號Ml傳輸?shù)诫姍C(jī)44。E⑶80基于由溫度傳感器63、64檢測出的電池31的溫度而控制膨脹閥16和開度調(diào)整閥40的開度，并控制電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)。
[0063]通過變更電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)來控制熱交換器14中外部空氣與致冷劑之間的熱交換量。當(dāng)電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)增加并且冷凝器風(fēng)扇42的轉(zhuǎn)速增大時，供給到熱交換器14的空氣的流量增加，并且熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量增加。當(dāng)電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)減少并且冷凝器風(fēng)扇42的轉(zhuǎn)速減小時，供給到熱交換器14的空氣的流量減少，并且熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量減少。
[0064]圖3是示出了電池31的目標(biāo)溫度范圍的曲線圖。圖3中的橫軸表示電池31的溫度，而縱軸表示電池31的輸出密度。如圖3所示，電池31的溫度和輸出密度保持這樣的關(guān)系:如果電池31處于低溫度，則輸出密度小，并且當(dāng)溫度上升一定程度時輸出密度急劇增大。當(dāng)電池31的溫度低時，難以確保電池31的輸出。相應(yīng)地，一旦已規(guī)定電池31可被使用的適當(dāng)溫度范圍，便優(yōu)選使用電池31。電池31的溫度目標(biāo)范圍如圖3的陰影部分所示確定。該目標(biāo)溫度范圍的下限值為Ta并且上限值為Tb。
[0065]在例如溫度被調(diào)節(jié)部為電池31的情況下，目標(biāo)溫度范圍的下限值Ta可被設(shè)定為25°C，并且目標(biāo)溫度范圍的上限值Tb可被設(shè)定為45°C。目標(biāo)溫度范圍可根據(jù)電池31的類型而變化，并且還可根據(jù)各個電池31的特性而變化。因此，可對各個電池31規(guī)定最佳目標(biāo)溫度范圍。[0066]圖4是示出了用于控制熱交換裝置I的方法的示例的流程圖。在使用熱交換裝置I對作為溫度被調(diào)節(jié)部的電池31進(jìn)行的溫度控制開始時，首先在步驟(SlO)中讀取電池31的溫度(Tce 11 )，如圖4所示。具體地，通過由E⑶80接收利用安裝在電池31上的溫度傳感器63、64指示電池31的溫度的信號Tl、T2來讀取Tcell。
[0067]接下來，在步驟(S20)中，判斷電池31的溫度(Tcell)是否低于目標(biāo)溫度范圍的下限值Ta。如果在步驟(S20)中Tcell < Ta成立，S卩，如果判斷出電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍，則在接下來的步驟(S30)中增大開度調(diào)整閥40的開度，并且在步驟(S70)中調(diào)整熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
[0068]通過增大開度調(diào)整閥40的開度，更多致冷劑被供給到熱交換單元30，并且電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)減少，藉此較少空氣從冷凝器風(fēng)扇42吹送到熱交換器14。由壓縮機(jī)12壓縮的高溫致冷劑被阻止由熱交換器14冷卻，并且因此通過熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量的減少而防止了致冷劑的溫度下降。結(jié)果，溫度較高的致冷劑被供給到熱交換單元30。在熱交換單元30中，熱通過溫度比作為溫度被調(diào)節(jié)部的電池31高的致冷劑朝向熱交換單元30的流動而從致冷劑傳遞到電池31。致冷劑在熱交換單元30的內(nèi)部被冷卻，并且電池31被加溫。
[0069]圖5是示出了循環(huán)通過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑的狀態(tài)的第一示例的莫里爾圖。圖5的橫軸表示致冷劑的比焓，縱軸表示致冷劑的絕對壓力。比焓的單位為kj/kg，絕對壓力的單位為MPa。圖中的曲線是是致冷劑的飽和蒸氣線和飽和液線。圖5示出了在圖1所示的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的各個點(diǎn)(即A、B、C、D、E和F點(diǎn))處致冷劑的熱力學(xué)狀態(tài)。
[0070]處于過熱蒸氣狀態(tài)(A點(diǎn))的致冷劑被吸入壓縮機(jī)12中并在壓縮機(jī)12中沿等熵線被絕熱地壓縮，如圖5所示。致冷劑的溫度和壓力響應(yīng)于壓縮而上升，并且致冷劑變成具有高過熱度的高溫、高壓過熱蒸氣(B點(diǎn))，并流向熱交換器14。由壓縮機(jī)12放出的氣相致冷劑向周圍放熱并在熱交換器14被冷卻，并且結(jié)果冷凝(液化)。致冷劑的溫度由于在熱交換器14與外部空氣進(jìn)行的熱交換而下降，并且致冷劑液化。進(jìn)入熱交換器14的高壓致冷劑蒸氣在熱交換器14等壓地從過熱蒸氣變成干飽和蒸氣，釋放冷凝潛熱，并漸漸液化成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸氣(C點(diǎn))。
[0071]在熱交換器14中，致冷劑向外部空氣放熱并且結(jié)果被冷卻。熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量是通過對旋轉(zhuǎn)驅(qū)動冷凝器風(fēng)扇42的電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)的控制而確定的。這種情況下，必須通過在熱交換單元30中將熱從致冷劑傳遞到電池31來加熱電池31。因此，熱交換器14中的熱交換量是以這樣的方式確定的:從熱交換器14流出的致冷劑的溫度變得高于電池31的溫度。從熱交換器14流出的致冷劑通過借助于減少熱交換器14中的熱交換量抑制致冷劑的冷卻而保持在高溫。
[0072]從熱交換器14流出的致冷劑通過致冷劑通路22、開度調(diào)整閥40和致冷劑通路23，并流向熱交換單元30。隨即，開度調(diào)整閥40的開度增大，并且典型地開度調(diào)整閥40全開(開度100%)，作為結(jié)果，當(dāng)致冷劑通過開度調(diào)整閥40時致冷劑的壓力和比焓實(shí)際上未發(fā)生變化。亦即，流過致冷劑通路22的致冷劑和流過致冷劑通路23的致冷劑具有大致相同的壓力和比焓。在圖5中，C點(diǎn)表示流過致冷劑通路22的致冷劑的狀態(tài)，而D點(diǎn)表示流過致冷劑通路23的致冷劑的狀態(tài)。在圖5中，C點(diǎn)和D點(diǎn)被示出處在大致相同的位置。[0073]已通過開度調(diào)整閥40的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路23流向熱交換單元30的冷卻通路32。在熱交換單元30中，來自流過冷卻通路32的內(nèi)部的高溫致冷劑的熱被傳遞到電池31，并且結(jié)果電池31被加熱。致冷劑通過與電池31進(jìn)行的熱交換而被冷卻。處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑通過與電池31進(jìn)行的熱交換而被冷卻，并且冷凝。當(dāng)所有致冷劑都已在熱交換單元30中冷凝時，致冷劑變成飽和液。致冷劑隨后進(jìn)一步釋放顯熱，并且變成過冷卻液(E 點(diǎn))。
[0074]在熱交換單元30中液化的高壓液相致冷劑經(jīng)由致冷劑通路24流入膨脹閥16中。在膨脹閥16中，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑經(jīng)受節(jié)流膨脹，并且致冷劑的溫度和壓力下降，而致冷劑的比焓不變。由此，致冷劑變成處于氣液混合狀態(tài)的低溫、低壓的濕蒸氣(F點(diǎn))。
[0075]已在膨脹閥16處降溫的處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路25流入熱交換器18中。處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑流入熱交換器18的管中。當(dāng)流過熱交換器18的管時，致冷劑通過經(jīng)由翅片以蒸發(fā)潛熱的形式吸收來自空調(diào)用空氣的熱而等壓地蒸發(fā)。當(dāng)所有致冷劑都已變成干飽和蒸氣時，致冷劑蒸氣的溫度借助顯熱進(jìn)一步上升，并且蒸氣變成過熱蒸氣(A點(diǎn))。氣化的致冷劑流過致冷劑通路26而被吸入壓縮機(jī)12中。壓縮機(jī)12壓縮從熱交換器18流來的致冷劑。
[0076]致冷劑根據(jù)諸如上述循環(huán)的循環(huán)而反復(fù)和連續(xù)地經(jīng)歷狀態(tài)變化，即壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹和蒸發(fā)。對上述蒸氣壓縮式致冷循環(huán)的說明涉及理論致冷循環(huán)。然而，毋容置疑，在實(shí)際的壓縮致冷循環(huán)10中必須考慮壓縮機(jī)12中的損失、致冷劑的壓力損失、以及熱損失。
[0077]電池31的溫度由溫度傳感器63、64測量；如果電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍，則增大開度調(diào)整閥40的開度，并抑制在熱交換器14處致冷劑的冷卻，從而作為結(jié)果，高溫致冷劑被供給到熱交換單元30。利用該高溫致冷劑加熱電池31。當(dāng)電池31必須升溫時，使用流過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑積極地加熱電池31。由此使電池31的溫度迅速上升。因而能依賴于簡單的構(gòu)型和簡單的控制方案來加熱電池31，并且電池31的溫度能迅速上升為等于或大于目標(biāo)溫度范圍的下限值；并且因此易于適當(dāng)?shù)乜刂齐姵?1的溫度。
[0078]在加熱電池31之后，致冷劑在膨脹閥16處經(jīng)受節(jié)流膨脹。結(jié)果，流入熱交換器18的致冷劑具有冷卻車輛的乘員艙的內(nèi)部本來需要的溫度和壓力。因此可以在不影響借以冷卻乘員艙中的空氣的冷卻能力的情況下加熱電池31。
[0079]返回圖4，如果在步驟(S20)中判斷出Tcell≥Ta,即電池31的溫度等于或大于目標(biāo)溫度范圍的下限值，則在接下來的步驟(S40)中判斷電池31的溫度(Tcell)是否低于目標(biāo)溫度范圍的上限值Tb。如果在步驟(S40)中判斷出Tcell < Tb，即，電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍的上限值，并且電池31的溫度處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，則在接下來的步驟(S50)中，維持開度調(diào)整閥40的開度。
[0080]圖6是示出了循環(huán)通過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑的狀態(tài)的第二示例的莫里爾圖。圖6的橫軸表示致冷劑的比焓，縱軸表示致冷劑的絕對壓力。比焓的單位為kj/kg，絕對壓力的單位為MPa。圖中的曲線是是致冷劑的飽和蒸氣線和飽和液線。圖6示出了在圖1所示的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的各個點(diǎn)(即A、B、C、D、E和F點(diǎn))處致冷劑的熱力學(xué)狀態(tài)。
[0081]處于過熱蒸氣狀態(tài)(A點(diǎn))的致冷劑被吸入壓縮機(jī)12中并在壓縮機(jī)12中沿等熵線被絕熱地壓縮，如圖6所示。致冷劑的溫度和壓力響應(yīng)于壓縮而上升，并且致冷劑變成具有高過熱度的高溫、高壓過熱蒸氣(B點(diǎn))，并流向熱交換器14。
[0082]進(jìn)入熱交換器14的高壓致冷劑蒸氣通過在熱交換器14處與外部空氣進(jìn)行的熱交換而被冷卻。致冷劑從過熱蒸氣等壓地變成干飽和蒸氣，釋放冷凝潛熱，并漸漸地液化成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸氣；當(dāng)所有致冷劑冷凝時，它變成進(jìn)一步釋放顯熱的飽和液而由此變成過冷卻液(C點(diǎn))。在熱交換器14中，在壓縮機(jī)12中壓縮的過熱狀態(tài)致冷劑氣體向外部介質(zhì)中等壓地放熱，并變成致冷劑液。由壓縮機(jī)12放出的氣相致冷劑向周圍放熱并在熱交換器14被冷卻，并且結(jié)果冷凝(液化)。致冷劑的溫度由于在熱交換器14處與外部空氣進(jìn)行的熱交換而下降，并且致冷劑液化。
[0083]當(dāng)電池31的溫度處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)時，電池31必須充分地冷卻以防止電池31的過熱。相應(yīng)地，熱交換器14處的熱交換量以這樣的方式確定:從熱交換器14流出的致冷劑的溫度變得低于電池31的溫度，并且電池31通過在熱交換單元30從電池31到致冷劑的熱傳遞而被冷卻。電機(jī)44的轉(zhuǎn)數(shù)增大并且從冷凝器風(fēng)扇42到熱交換器14的通風(fēng)流量增大，從而作為結(jié)果，致冷劑能在熱交換器14中被冷卻到過冷區(qū)域，并且能充分降低從熱交換器14流出的致冷劑的溫度。
[0084]從熱交換器14流出的致冷劑通過致冷劑通路22、開度調(diào)整閥40和致冷劑通路23，并流向熱交換單元30。當(dāng)致冷劑通過開度調(diào)整閥40時，致冷劑的壓力和比焓實(shí)際上未發(fā)生變化。亦即，流過致冷劑通路22的致冷劑和流過致冷劑通路23的致冷劑具有大致相同的壓力和比焓。在圖6中，C點(diǎn)表示流過致冷劑通路22的致冷劑的狀態(tài)，而D點(diǎn)表示流過致冷劑通路23的致冷劑的狀態(tài)。在圖6中，C點(diǎn)和D點(diǎn)被示出處在大致相同的位置。
[0085]已通過開度調(diào)整閥40的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路23流向熱交換單元30的冷卻通路32。在熱交換單元30中，電池31通過從電池31到流過冷卻通路32的內(nèi)部的高溫致冷劑的熱傳遞而被冷卻。通過與電池31進(jìn)行的熱交換，致冷劑被加熱，并且致冷劑的過冷卻度減小。亦即，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑的溫度通過接受來自電池31的顯熱而上升，并接近液態(tài)致冷劑的飽和溫度，使得致冷劑因而被加熱到略低于該飽和溫度的溫度(E點(diǎn))。
[0086]此后，致冷劑經(jīng)由致冷劑通路24流入膨脹閥16中。在膨脹閥16中，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑經(jīng)受節(jié)流膨脹，并且致冷劑的溫度和壓力下降，而致冷劑的比焓不變。由此，致冷劑變成處于氣液混合狀態(tài)的低溫、低壓的濕蒸氣(F點(diǎn))。
[0087]已在膨脹閥16處降溫的處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路25流入熱交換器18中。處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑流入熱交換器18的管中。當(dāng)流過熱交換器18的管時，致冷劑通過經(jīng)由翅片以蒸發(fā)潛熱的形式吸收來自空調(diào)用空氣的熱而等壓地蒸發(fā)。當(dāng)所有致冷劑都已變成干飽和蒸氣時，致冷劑蒸氣的溫度借助顯熱進(jìn)一步上升，并且蒸氣變成過熱蒸氣(A點(diǎn))。氣化的致冷劑流過致冷劑通路26而被吸入壓縮機(jī)12中。壓縮機(jī)12壓縮從熱交換器18流來的致冷劑。致冷劑根據(jù)諸如上述循環(huán)的循環(huán)而反復(fù)和連續(xù)地經(jīng)歷狀態(tài)變化，即壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹和蒸發(fā)。
[0088]借助于溫度傳感器63、64測量電池31的溫度。如果電池31的溫度處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)，則開度調(diào)整閥40的開度被維持；結(jié)果，在熱交換器14中冷卻的低溫致冷劑被供給到熱交換單元30。利用該低溫致冷劑冷卻電池31。電池31在放電時放熱，并且因此必須冷卻電池31以避免其過熱。在本實(shí)施例中，利用流過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑，通過依賴于簡單的構(gòu)型和簡單的控制方案，能冷卻電池31并且能將電池31的溫度保持在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)。因此，易于適當(dāng)?shù)乜刂齐姵?1的溫度。
[0089]在加熱電池31之后，致冷劑在膨脹閥16處經(jīng)受節(jié)流膨脹。結(jié)果，流入熱交換器18的致冷劑具有冷卻車輛的乘員艙的內(nèi)部本來需要的溫度和壓力。因此可以在不影響借以冷卻乘員艙中的空氣的冷卻能力的情況下冷卻電池31。
[0090]返回圖4，如果在步驟(S40)中判斷出Tcell≥Tb，即，電池31的溫度等于或高于目標(biāo)溫度范圍的上限值，則在接下來的步驟(S60)中，減小開度調(diào)整閥40的開度，并且在步驟(S80)中，增大膨脹閥16的開度。
[0091]圖7是示出了循環(huán)通過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑的狀態(tài)的第三示例的莫里爾圖。圖7的橫軸表示致冷劑的比焓，縱軸表示致冷劑的絕對壓力。比焓的單位為kj/kg，絕對壓力的單位為MPa。圖中的曲線是致冷劑的飽和蒸氣線和飽和液線。圖7示出了在圖1所示的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10中的各個點(diǎn)(即A、B、C、D、E和F點(diǎn))處致冷劑的熱力學(xué)狀態(tài)。
[0092]處于過熱蒸氣狀態(tài)(A點(diǎn))的致冷劑被吸入壓縮機(jī)12中并在壓縮機(jī)12中沿等熵線被絕熱地壓縮，如圖7所示。致冷劑的溫度和壓力響應(yīng)于壓縮而上升，并且致冷劑變成具有高過熱度的高溫、高壓過熱蒸氣(B點(diǎn))，并流向熱交換器14。進(jìn)入熱交換器14的高壓致冷劑蒸氣在熱交換器14中被冷卻，從過熱蒸氣等壓地變成干飽和蒸氣，釋放冷凝潛熱，并漸漸液化成處于氣液混合狀態(tài)的濕蒸氣，當(dāng)所有致冷劑都冷凝時，它變成進(jìn)一步釋放顯熱而由此變成過冷卻液的飽和液(C點(diǎn))。
[0093]液化的致冷劑經(jīng)由致冷劑通路22流入開度調(diào)整閥40中。此時，開度調(diào)整閥40的開度減??；結(jié)果，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑在開度調(diào)整閥40處經(jīng)受節(jié)流膨脹并且致冷劑的溫度和壓力下降而致冷劑的比焓不變(D點(diǎn))。在圖7中，C點(diǎn)表示流過致冷劑通路22的致冷劑的狀態(tài)，而D點(diǎn)表示流過致冷劑通路23的致冷劑的狀態(tài)。在圖7中，所示出的位置為C點(diǎn)和D點(diǎn)具有大致相同的比焓且D點(diǎn)的壓力低于C點(diǎn)。
[0094]壓力和溫度已在開度調(diào)整閥40處降低的中壓致冷劑經(jīng)由致冷劑通路23流向熱交換單元30的冷卻通路32，并冷卻電池31。通過與電池31進(jìn)行的熱交換，致冷劑的過冷卻度減小，并且處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑的溫度上升并接近液態(tài)致冷劑的飽和溫度(E點(diǎn))。
[0095]能利用已通過在開度調(diào)整閥40處的節(jié)流膨脹降低了溫度的致冷劑來冷卻電池31。因此，能更加有效地冷卻電池31。通過最佳地控制開度調(diào)整閥40的開度，能任意地調(diào)整在熱交換單元30處冷卻電池31的致冷劑的溫度。借助于溫度傳感器63、64測量電池31的溫度。如果電池31的溫度等于或高于目標(biāo)溫度范圍，則已通過開度調(diào)整閥40處的節(jié)流膨脹降溫的致冷劑被供給到熱交換單元30。結(jié)果能更加有效地冷卻電池31。因此，能使電池31的溫度迅速降低為低于目標(biāo)溫度范圍的上限值；并且因此易于適當(dāng)?shù)乜刂齐姵?1的溫度。
[0096]此后，致冷劑流入膨脹閥16中。在膨脹閥16中，處于過冷卻液狀態(tài)的致冷劑經(jīng)受節(jié)流膨脹，并且致冷劑的溫度和壓力下降，而致冷劑的比焓不變。由此，致冷劑變成處于氣液混合狀態(tài)的低溫、低壓的濕蒸氣(F點(diǎn))。從膨脹閥16流出的處于濕蒸氣狀態(tài)的致冷劑在熱交換器18處吸收外部熱，并借助于蒸發(fā)潛熱而等壓地蒸發(fā)。當(dāng)所有致冷劑都已變成干飽和蒸氣時，致冷劑蒸氣的溫度借助于顯熱進(jìn)一步上升，并且蒸氣變成被吸入壓縮機(jī)12中的過熱蒸氣(A點(diǎn))。致冷劑根據(jù)諸如上述循環(huán)的循環(huán)而反復(fù)和連續(xù)地經(jīng)歷狀態(tài)變化，即壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹和蒸發(fā)。
[0097]致冷劑在熱交換器14中冷卻為過冷卻液，并接受來自電池31的顯熱，藉此致冷劑被加熱到略低于飽和溫度的溫度。此后，致冷劑通過膨脹閥16并且結(jié)果變成低溫、低壓的濕蒸氣。在膨脹閥16的出口處，致冷劑具有冷卻車輛內(nèi)部本來需要的溫度和壓力。熱交換器14的散熱能力被確定為使得能實(shí)現(xiàn)致冷劑的充分冷卻。
[0098]熱交換器14中的致冷劑和外部空氣之間的熱交換量以這樣的方式確定:已通過熱交換器14后的液相致冷劑的溫度變得低于冷卻乘員艙的內(nèi)部所需的溫度。熱交換器14中的熱交換量被確定為與致冷劑從電池31的設(shè)想受熱量成比例地大于在電池31未被冷卻的情況下的熱交換量。通過這樣確定熱交換器14的熱交換量，能在壓縮機(jī)的動力不增加并維持車輛內(nèi)部冷卻性能的情況下適當(dāng)?shù)乩鋮s電池31。
[0099]在加熱電池31之后，致冷劑在膨脹閥16處經(jīng)受節(jié)流膨脹。結(jié)果，流入熱交換器18的致冷劑具有冷卻車輛的乘員艙的內(nèi)部本來需要的溫度和壓力。因此可以在不影響借以冷卻乘員艙中的空氣的冷卻能力的情況下冷卻電池31。
[0100]在圖4所示的步驟(S50)和步驟(S70)或步驟(S80)之后，控制流返回，并且處理再次返回步驟(SlO)中對電池31的溫度的讀取。
[0101]圖8是示出了根據(jù)本實(shí)施例的電池溫度隨時間變化的時序圖。圖8中的橫軸表示從電池31起動以來經(jīng)過的時間，而縱軸表示電池31的溫度。如圖8所示，當(dāng)緊接著電池31起動后電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍的下限值Ta時，電池31被加熱，如參照圖5所述；結(jié)果，能使電池31的溫度迅速升高。電池31的溫度持續(xù)上升，并且當(dāng)它等于或高于目標(biāo)溫度范圍的上限值Tb時，電池31的冷卻能力提高，如參照圖7所述；結(jié)果，能使電池31的溫度迅速降低。此后，當(dāng)電池31的溫度處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)時，電池31如參照圖6所述被冷卻；結(jié)果，遺穩(wěn)定地冷卻電池31。
[0102]在本實(shí)施例的熱交換裝置I中，如上所述，電池31的溫度由溫度傳感器63、64檢測，并且基于檢測出的電池31的溫度而控制開度調(diào)整閥40的開度。更具體地，當(dāng)電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，開度調(diào)整閥40的開度增大，以由此加熱電池31。當(dāng)電池31的溫度處在目標(biāo)溫度范圍內(nèi)時，開度調(diào)整閥40的開度被維持，以由此冷卻電池31。當(dāng)電池31的溫度高于目標(biāo)溫度范圍時，開度調(diào)整閥40的開度減小，以由此提高電池31的冷卻能力。
[0103]因而，當(dāng)電池31的溫度高并且電池31需要冷卻時，能冷卻電池31。另外，能以這樣的方式控制電池31的溫度:當(dāng)電池31的溫度低并且電池31需要升溫時，電池31被加熱。通過監(jiān)視電池31的溫度并根據(jù)電池31的溫度來調(diào)節(jié)開度調(diào)整閥40的開度，可以最佳地控制流入熱交換單元30中以與電池31進(jìn)行熱交換的致冷劑的溫度。因此，能穩(wěn)定地控制電池31的溫度。電池31能在電池31的溫度低時迅速升溫，并且因而能提高電池31 (的輸出)。在電池31處于高溫時通過降低致冷劑溫度并利用低溫致冷劑來冷卻電池31，能確保電池31的冷卻性能。因此，能更穩(wěn)定地冷卻電池31。
[0104]通過利用循環(huán)通過蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10的致冷劑，能完成電池31的升溫和冷卻兩者。因此，能提供依賴于簡單的構(gòu)型來實(shí)現(xiàn)電池31的加溫和冷卻的熱交換裝置I。不需要補(bǔ)充裝置如電加熱器等來加熱電池31。因此，既能降低熱交換裝置I的成本，又能減小熱交換裝置I的尺寸，并且同樣能降低用于加熱電池31的動力消耗。車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性能相應(yīng)地提聞。
[0105]基于電池31的溫度而控制熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量，使得當(dāng)電池31的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，熱交換器14中致冷劑與外部空氣之間的熱交換量減少。這樣做允許由熱交換單元30供給高溫致冷劑。因此，能縮短使電池31加溫所需的時間，并且能迅速提高電池31的輸出。
[0106]基于電池31的溫度而控制膨脹閥16的開度，使得當(dāng)電池31的溫度超過目標(biāo)溫度范圍時，膨脹閥16的開度增大。通過這樣做，在致冷劑在開度調(diào)整閥40處經(jīng)受節(jié)流膨脹以冷卻電池31的情況下能抑制致冷劑在膨脹閥16處的壓力下降。結(jié)果，可以降低供給到熱交換單元30的致冷劑的溫度，而不改變流入熱交換器18中的致冷劑的壓力或比焓。因此，能自由地提高電池31的冷卻能力，而不影響借以利用蒸氣壓縮式致冷循環(huán)10冷卻乘員艙內(nèi)部的空氣的冷卻能力。
[0107]以上對熱交換裝置I的說明涉及安裝在車輛中的通過電池31舉例說明的溫度被調(diào)節(jié)部的溫度調(diào)節(jié)的情況。由本發(fā)明的熱交換裝置I調(diào)節(jié)溫度的溫度被調(diào)節(jié)部并不限于電池31。例如，溫度被調(diào)節(jié)部可以是冷卻用于冷卻安裝在車輛中的變速驅(qū)動橋的自動變速器流體(ATF)的ATF冷卻器。
[0108]ATF回收由發(fā)熱部件如組成變速驅(qū)動橋的齒輪和電動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的熱，并在ATF冷卻器處被冷卻。結(jié)果變速驅(qū)動橋被冷卻。ATF必須被冷卻以保護(hù)諸如電動發(fā)電機(jī)的線圈和磁體的構(gòu)件，并抑制ATF的劣化。然而，如果ATF冷卻過度，則ATF的粘度增大，這會引起齒輪潤滑不足和摩擦損失增大。因此，優(yōu)選適度對ATF進(jìn)行加溫。這種情況下，可在本實(shí)施例的熱交換裝置I中使用ATF冷卻器，使得ATF在熱交換單元30被冷卻和加熱。
[0109]溫度被調(diào)節(jié)部并不限于安裝在車輛中的車載設(shè)備，并且可以是必須根據(jù)各種條件如外部空氣溫度而被冷卻或加熱的任意設(shè)備或任意設(shè)備的發(fā)熱部。
[0110]上文已說明了本發(fā)明的實(shí)施例，但所公開的實(shí)施例在性質(zhì)上都是示例性的，并且必須被視為非限制性的。并非由以上說明限定而是由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍意圖涵蓋權(quán)利要求的范圍的等同物以及權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有變型。
[0111]本發(fā)明的熱交換裝置特別有利于溫度被調(diào)節(jié)部如必須依賴于用于車輛中的加熱和冷卻的蒸氣壓縮式致冷循環(huán)來冷卻或加熱的電池等的溫度調(diào)節(jié)。
【權(quán)利要求】
1.一種在致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置，包括: 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮所述致冷劑并使所述致冷劑在所述熱交換裝置中循環(huán)； 第一熱交換器，所述第一熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換； 第二熱交換器，所述第二熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與空調(diào)用空氣之間進(jìn)行熱交換； 開度調(diào)整閥，所述開度調(diào)整閥構(gòu)造成調(diào)整所述第一熱交換器與所述溫度被調(diào)節(jié)部之間的致冷劑路徑的開度； 膨脹閥，所述膨脹閥配置在所述溫度被調(diào)節(jié)部與所述第二熱交換器之間的致冷劑路徑中，所述膨脹閥構(gòu)造成使所述致冷劑減壓；和 控制器，所述控制器構(gòu)造成控制所述開度調(diào)整閥的開度、增大所述開度調(diào)整閥的開度以由此加熱所述溫度被調(diào)節(jié)部、以及減小所述開度調(diào)整閥的開度以由此冷卻所述溫度被調(diào)節(jié)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換裝置，還包括: 檢測裝置，所述檢測裝置構(gòu)造成檢測所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度，其中所述控制器基于由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述開度調(diào)整閥的開度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換裝置，其中 當(dāng)由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器增大所述開度調(diào)整閥的開度，并`且當(dāng)由所述檢測裝置檢測出的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于所述目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器減小所述開度調(diào)整閥的開度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的熱交換裝置，其中 所述控制器基于所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度而控制所述膨脹閥的開度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱交換裝置，其中 當(dāng)所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器增大所述膨脹閥的開度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的熱交換裝置，其中 所述控制器基于所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度而控制所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換裝置，其中 當(dāng)所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，所述控制器減小所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
8.一種用于控制在致冷劑與溫度被調(diào)節(jié)部之間進(jìn)行熱交換的熱交換裝置的方法，其中 所述熱交換裝置包括: 壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)構(gòu)造成壓縮所述致冷劑并使所述致冷劑在所述熱交換裝置中循環(huán)； 第一熱交換器，所述第一熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換； 第二熱交換器，所述第二熱交換器構(gòu)造成在所述致冷劑與空調(diào)用空氣之間進(jìn)行熱交換；開度調(diào)整閥，所述開度調(diào)整閥構(gòu)造成調(diào)整所述第一熱交換器與所述溫度被調(diào)節(jié)部之間的致冷劑路徑的開度；和 膨脹閥，所述膨脹閥配置在所述溫度被調(diào)節(jié)部與所述第二熱交換器之間的致冷劑路徑中，所述膨脹閥構(gòu)造成使所述致冷劑減壓， 所述用于控制熱交換裝置的方法包括: 判定所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度； 當(dāng)所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于目標(biāo)溫度范圍時，通過增大所述開度調(diào)整閥的開度來加熱所述溫度被調(diào)節(jié)部；以及 當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于所述目標(biāo)溫度范圍時，通過減小所述開度調(diào)整閥的開度來冷卻所述溫度被調(diào)節(jié)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于控制熱交換裝置的方法，還包括: 基于在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得到的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空間之間的熱交換量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于控制熱交換裝置的方法，還包括: 當(dāng)在對所述 溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度低于所述目標(biāo)溫度范圍時，減小所述第一熱交換器中所述致冷劑與外部空氣之間的熱交換量。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于控制熱交換裝置的方法，還包括: 基于在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得到的所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度來控制所述膨脹閥的開度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于控制熱交換裝置的方法，還包括: 當(dāng)在對所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度的判定中得出所述溫度被調(diào)節(jié)部的溫度高于所述目標(biāo)溫度范圍時，增大所述膨脹閥的開度。
【文檔編號】F25B5/04GK103781644SQ201280043838
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月12日
【發(fā)明者】川上芳昭, 城島悠樹, 大野雄一, 內(nèi)田和秀 申請人:豐田自動車株式會社