JP2006321269A - 車両用熱源分配システム - Google Patents

Abstract

【課題】 車室内の快適性を向上させることができ、省力化を図ることができる車両用熱源分配システム。
【解決手段】 車両用熱源分配システムは、空調装置１１と、熱分配装置１２５と、液体冷媒を循環させるポンプ１２４と、温調ユニット１２１とを備える。その温調ユニット１２１内には、強電系冷却装置３３の冷却水が循環するとともに液体冷媒の上流側に配設される加熱用熱交換器３３２と、空調装置１１の冷媒が循環するとともに加熱用熱交換器３３２の下流側に配設され冷却用熱交換器３０７とが設けられる。そして、加熱用熱交換器３３２は冷却水から液体冷媒へと熱を伝達し、冷却用熱交換器３０７は液体冷媒から空調用冷媒へと熱を伝達する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用熱源分配システムに関する。

電気自動車に搭載されている駆動用バッテリが急速充電により発生するとき、車室内冷房システムを利用して駆動用バッテリを冷却する装置や（例えば、特許文献１参照）、燃焼装置等の熱源の熱を利用してバッテリやエンジンを加温して、冬期におけるエンジンの低温始動性を向上させる装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３５２８６６号公報 特開２００１−２３４８４０号公報

駆動用バッテリを冷却する強電系の冷却装置は、急速充電必要時に、強電系を空調装置
の冷媒により冷却するという構成になっているだけで、車両全体として排出された熱や冷
却効果を有効に利用していなかった。

本発明による車両用熱源分配システムは、加熱源と冷却源とを備えた車両用空調装置と、空調装置とは独立して液体冷媒を用いて乗員への温度調整を行う温調装置とを有して、空調装置と温調装置とに加熱源の熱と冷却源とを分配する車両用熱源分配システムに適用される。そして、温調装置は、加熱源の熱を排出する排出手段と冷却源に熱を吸収するための吸熱手段とを備えるとともに、さらに、液体冷媒を用いて、排出手段から排出された熱を吸熱手段へと移送する熱分配手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、排出手段および吸熱手段と熱交換する液体冷媒を用いて、排出手段から排出された熱を吸熱手段へと移送することにより、加熱源から排出される熱や冷却源の吸熱作用を有効に利用することができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による車両用熱源分配システムの一実施の形態を説明する図であり、ハイブリッド自動車に適用した場合の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の車両用熱源分配システムは、温度調整された空調風を車室内に供給して空調を行う空調装置１１と、エンジン１０２の冷却を行うエンジン冷却装置３２と、駆動用バッテリ，インバータ，モータジェネレータ，コンバータ等（いずれも不図示）を含む強電系１０１の冷却を行う強電系冷却装置３３と、液体冷媒を用いて車室内の暖房および冷房を行う温調装置１２とを備えている。

（空調装置１１の説明）
空調装置１１は、圧縮機３００，凝縮器３０１，空調ユニット１１１，ブロア１１４，減圧器３０２および蒸発器３０３を備えている。圧縮機３００，凝縮器３０１，減圧器３０２および空調ユニット１１１の空調ケース３１１内に設けられた蒸発器３０３は、冷媒循環路１１０を介して直列接続されている。また、冷媒循環路１１０には分岐路１１０ａが形成されており、この分岐路１１０ａには蒸発器３０３と並列接続関係にある冷却用熱交換器３０７が設けられている。後述するように、この冷却用熱交換器３０７は、温調装置１２の温調ユニット１２１内に設けられている。

冷媒循環路１１０と分岐路１１０ａとの分岐部分には、冷媒の流れを切り替えるための切替バルブ３０４，３０５が設けられている。切替バルブ３０４，３０５には電磁弁等が用いられる。圧縮機３００は空調ユニット１１１の蒸発器３０３から戻った低温・低圧の冷媒を、吸入・圧縮・吐出するものであり、走行用モータであるモータジェネレータとは別に設けられた電動モータで駆動されたり、エンジン１０２によりベルト駆動されたりする。圧縮機３００から吐出された高温・高圧の冷媒は、凝縮器３０１において外気と熱交換することにより冷却・凝縮される。

減圧器３０２は温度式膨張弁であって、蒸発器３０３の冷媒出口側の冷媒温度が所定値となるように弁開度が制御される。なお、冷却用熱交換器３０７が設けられた分岐路１１０ａにも、同様の減圧器３０６が設けられている。蒸発器３０３では、冷媒循環路１１０から流入した冷媒と、ブロア１１４によって車室内又は車外から空調ケース３１１内に取り込まれた空気との間で熱交換が行われる。すなわち、冷媒が蒸発することにより、蒸発器３０３を通過する空気が冷却される。蒸発器３０３から流出された冷媒は、冷媒循環路１１０を介して圧縮機３００へと戻る。

空調ケース３１１内の蒸発器３０３の下流側には、エンジン冷却装置３２の冷却水が循環するヒータコア３２４が設けられている。ヒータコア３２４は、蒸発器３０３を通過した冷風を加熱する。図示していないが、空調ケース３１１内にはヒータコア３２４を通過する風量とヒータコア３２４をバイパスさせる風量とを調整して、車室内に吹き出す空調風の温度を調整するエアミックスドアと、ブロア１１４に導入される空気を車室内空気とするか外気とするかを切り換える内外気切り替えドアと、車室内に吹き出す空気の吹き出し方向を変えるモードドアとが設けられている。

空調ケース３１１の下流側には、車室内の各所に空調風を分配するための空調ダクト１１６が設けられている。空調ダクト１１６は、車室内のベント吹出し口に連通するベントダクト、フット吹出し口に連通するフットダクト、およびデフロスタ吹出し口に連通するデフダクトで構成されている。上述したモードドアによって、各ダクトへの空調風の分配を変えることができる。

（エンジン冷却装置３２の説明）
３２０はエンジン冷却装置３２の冷却水が循環する冷却水循環路であり、冷却水は電動もしくはエンジン駆動のポンプ３２１により循環される。エンジン１０２よりも下流の冷却水循環路３２０中には、冷却水と外気との熱交換を行わせて冷却水を冷却するためのラジエタ３２３が設けられている。冷却水循環路３２０には、ラジエタ３２３と並列にバイパス通路３２６が設けられており、バイパス通路３２６の分岐点にはサーモスタットもしくは電磁弁等で構成される切替バルブ３２５が設けられている。エンジン１０２で温められた冷却水は、冷却水循環路３２０を介して空調装置１１内に設けられたヒータコア３２４を循環する。

冷却水循環路３２０のヒータコア３２４とポンプ３２１との間には加熱用熱交換器３２２が設けられている。この加熱用熱交換器３２２は、温調装置１２に設けられた温調ユニット１２１内に配設されている。加熱用熱交換器３２２に冷却水を供給する冷却水循環路３２０と加熱用熱交換器３２２から冷却水を排出する冷却水循環路３２０との間にはバイパス通路３２８が設けられており、冷却水循環路３２０とバイパス通路３２８との分岐点にはサーモスタットもしくは電磁弁等で構成される切替バルブ３２７が設けられている。

（強電系冷却装置３３の説明）
強電系１０１の冷却水が循環する冷却水循環路３３０には、冷却水を循環させる電動のポンプ３３１が設けられている。３３３は冷却水を外気によって冷却するサブラジエタであり、冷却水循環路３３０にはサブラジエタ３３３を迂回するバイパス通路３３５が設けられている。冷却水循環路３３０とバイパス通路３３５との分岐点にはサーモスタットもしくは電磁弁等で構成される切替バルブ３３４が設けられている。

また、冷却水循環路３３０には加熱用熱交換器３３２が設けられており、加熱用熱交換器３３２に冷却水を供給する冷却水循環路３３０と加熱用熱交換器３３２から冷却水を排出する冷却水循環路３３０との間にはバイパス通路３３７が形成されている。冷却水循環路３３０とバイパス通路３３７との分岐点にはサーモスタットもしくは電磁弁等で構成される切替バルブ３３６が設けられている。加熱用熱交換器３３２は、温調装置１２に設けられた温調ユニット１２１内に配設されている。

（温調装置１２の説明）
温調装置１２は、上述したように液体冷媒により車室内の暖房および冷房を行う装置であり、冷媒循環路１２０には熱交換装置としての温調ユニット１２１，液体冷媒を循環するポンプ１２４および車室内の乗員に対して接触、輻射により熱を与えたり吸熱したりする熱分配装置１２５が設けられている。熱分配装置１２５は車室内のシート，トリム，インパネ，床等に内蔵されるように設置される。ポンプ１２４は図示しない電動モータにより駆動され、乗員の要求に応じて液体冷媒の循環量を連続的に変化させることができる。液体冷媒には、水、冷却水、熱容量の大きなスラリー流体等が用いられる。

熱分配装置１２５を複数設ける場合には、図１のように並列に接続されていることが好ましい。なぜならば、冷媒循環路１２０に設けられた切替バルブ３４２を制御することにより、各熱分配装置１２５を個別に機能させることができ、乗員の操作または車載の自動制御装置に応じて、必要な熱分配手段１２５に液体媒体を流すことができる。矢印ｆ１は液体冷媒の流れの方向を示しており、温調ユニット１２１内には、流れの上流側から順に加熱用熱交換器３２２，加熱用熱交換器３３２，冷却用熱交換器３０７が設けられている。

図２は温調ユニット１２１の拡大図である。矢印ｆ１は上述したように液体冷媒の流れの方向を示しており、矢印ｆ２，ｆ３，ｆ４はそれぞれ加熱用熱交換器３２２，加熱用熱交換器３３２，冷却用熱交換器３０７を流れる冷媒の流れの方向を示している。温調ユニット１２１内に流入した温調装置１２用の液体冷媒は、加熱用熱交換器３２２，加熱用熱交換器３３２，冷却用熱交換器３０７の順に熱交換を行い、温調ユニット１２１から排出される。

図３，４は熱分配装置１２５を詳細に示す図であり、図３は熱分配装置１２５の斜視図、図４は図３のＥ−Ｅ断面図である。熱分配装置１２５は、液体冷媒が一時的に停留する停留部位６０１と、停留部位６０１内の液体冷媒とシートや床との間の熱伝達の向上を図るための導熱板６００とを備えている。停留部位６０１はタンクを構成しており、そのタンクの上壁面が導熱板６０を構成している。液体冷媒は停留部位６０１に設けられた流入ポート６０３から流入し、排出ポート６０４から排出される。図示していないが、停留部位６０１には断熱材が巻かれている。

図３に示した熱分配装置１２５はシートの下部に配設される場合の構成を示したものであり、タンク上面に導熱板６００が設けられているが、例えば、床用に設ける場合には、停留部位６０１の下面に導熱板６００を設ける。導熱板６００の下面には液体冷媒中に浸かるように伝熱フィン６０２が形成されており、液体冷媒と導熱板６００との間の熱伝達が効率よく行われるような構造となっている。また、図４に示すように、液体冷媒が伝熱フィン６０２の間を効果的に流れるように、停留部位６０１の内部には仕切り板６０５が設けられている。

導熱板６００を設けることにより、熱分配装置１２５の温度を均一化して乗員に熱を伝えることができる。また、このような導熱板６００を乗員の周囲に配置することにより、液体冷媒の流路（配管）をまんべんなく配置する場合に比べて重量を低減することができるとともに、スペース効率が良く、構造も簡単にすることができる。

（動作説明）
次に、車両用熱源分配システムの動作を、図５，６のフローチャートに基づいて説明する。ステップＳ１０では、温調装置１２の初期化を行う。初期化とは、冷却用熱交換器３０７に冷媒が流れない状態にし、加熱用熱交換器３３２，３２２に冷却水が流れない状態にすることである。具体的には、蒸発器３０３側の切替バルブ３０４を開くとともに、冷却用熱交換器３０７側の切替バルブ３０５を閉じる。また、バイパス通路３３７，３２８の分岐に設置された切替バルブ３３７，３２７を切り替えて、冷却水がそれぞれバイパスされた状態となるようにする。

すなわち、温調装置１２，空調装置１１，エンジン冷却装置３２および強電系冷却装置３３が孤立した状態となるようにする。この状態では、空調装置１１，エンジン冷却装置３２および強電系冷却装置３３は、従来の装置と同様にそれぞれ独立した系となっている。

ステップＳ１１では、温調装置１２を動作させる要求があるか否かを判定する。例えば、温調装置１２に関する操作スイッチを車室内に設けて、その操作スイッチの状態によって判定する。また、空調装置１１の状態から自動判定させるようにしても良い。ステップＳ１１で要求があったと判定されるとステップＳ１２へ進み、要求が無いと判定されると温調装置１２に関する処理を終了する。

ステップＳ１２では、温調装置１２を冷房に設定するか、暖房に設定するかを判定する。この判定は、例えば、温調装置１２の冷暖房スイッチ若しくは温度設定スイッチを車室内に設けて、これらのスイッチの状態から判定しても良いし、または、空調装置１１の状態（冷房状態または暖房状態）から自動で判定するようにしても良い。ステップＳ１２で冷房と判定されるとステップＳ１３へ進み、暖房と判定されると図６のステップＳ２０へと進む。

ステップＳ１３では、温調装置１２に設けられた液体冷媒循環用のポンプ１２４をオン状態とする。ステップＳ１４では、温調ユニット１２１内の冷却用熱交換器３０７に空調装置１１の冷媒を循環させるとともに、加熱用熱交換器３２２に強電系冷却装置３３の冷却水を循環させるようにする。具体的には、蒸発器３０３の上流側に設置されたバルブ３０４を閉じるとともに、冷却用熱交換器３０７の上流側に設けられたバルブ３０５を開いて冷却用熱交換器３０７に冷媒が流入するようにする。さらに、切替バルブ３３６を切り替えて、バイパスしていた冷却水を加熱用熱交換器３２２に循環させる。

図７（ａ）は、この時の温調装置１２の状態を説明する図である。なお、エンジン冷却装置３２に関する加熱用熱交換器３２２については、ステップＳ１０の初期化により冷却水はバイパス通路３２８によりバイパスされて加熱用熱交換器３２２に流れ込まず、熱交換動作を行わないので、図７（ａ）では図示を省略した。

ステップＳ１２で冷房と判定されるのは、車室内温度が上昇した場合（例えば、夏期）である。液体冷媒は、冷却用熱交換器３０７において空調用冷媒と熱交換して１０〜２０℃程度に冷却されるとする。この液体冷媒は、冷媒循環路１２０を循環して熱分配装置１２５において乗員等からの熱を吸収し、夏期の場合には温度が２０〜３０℃程度に上昇する。２０〜３０℃程度に温度上昇した液体冷媒は、再び温調ユニット１２１に戻り、加熱用熱交換器３３２内を流れている強電系の冷却水と熱交換し温度がさらに上昇する。

ここで、強電系の冷却水の温度を６０℃程度であるとすると、液体冷媒温度は４０〜５０℃程度まで上昇する。温度が４０〜５０℃程度となった液体冷媒は、加熱用熱交換器３３２の下流に配置された冷却用熱交換器３０７を通過した時に冷却され、温度が１０〜２０℃程度となる。冷却された液体冷媒は再び熱分配装置１２５に流入し、シートや床等を冷却することになる。

ステップＳ１４でバルブ３０４が閉じられると、蒸発器３０３に冷媒が流れ込まないため空調風の吹き出し温度は上昇し、所定温度以上では車室内の快適性が損なわれる。そこで、ステップＳ１５では、吹き出し口に設けられた温度センサＳ１で検出される空調風の吹き出し温度が設定温度Ｔ０以上かどうかを判定し、Ｔ０以上と判定されたならばステップＳ１６へと進む。ここで、閾値となる所定温度Ｔ０は、乗員の温熱感等にもよるが、日本国内であれば、例えば、ベント吹き出し温度で１５〜２０℃に設定される。

ステップＳ１５で吹き出し温度がＴ０以上と判定されると、ステップＳ１６で蒸発器３０３の上流側に設置された切替バルブ３０４を開くとともに、冷却用熱交換器３０７の上流側に設けられた切替バルブ３０５を閉じて蒸発器３０３に冷媒を流し、空調風の吹き出し温度を低下させる。しかしながら、吹き出し温度が低下しすぎると車室内の快適性が低下するだけでなく、蒸発器３０３の凍結により圧縮機３００の故障が発生するため、そのような問題が発生しないように空調ユニット１１１の吹き出し温度が所定温度Ｔ１よりも低くならないようにステップＳ１７の処理を行う。ステップＳ１７では空調ユニット１１１の吹き出し温度が所定温度Ｔ１より低いか否かを判定し、Ｔ１より低いと判定されたならばステップＳ１８へ進む。

ここで、所定温度Ｔ１としては、圧縮機３００の保護のために温度センサＳ２で検出される蒸発器３０３の空気出口温度で３℃程度であるが、上記温度Ｔ０との差が大きすぎると吹き出し温度変動により乗員が不快感を感じやすくなるので、Ｔ０とＴ１の差はあまり大きくない方が望ましい。

ステップＳ１８では、温調装置１２への動作要求が継続しているか否かを判定し、要求があると判定されるとステップＳ１４へ戻って冷却用熱交換器３０７および加熱用熱交換器３２２をオン状態にする。一方、ステップＳ１８で要求が無いと判定されると、ステップＳ１９へ進んで温調装置用ポンプ１２４を停止し、一連の処理を終了する。

次に、ステップＳ１２で暖房と判定されて、図６のステップＳ２０に進んだ場合につい
て説明する。なお、暖房と判定される状態においては、空調装置１１の圧縮機３００は停
止されている。ステップＳ２０では、冷媒を介して熱が冷却用熱交換器３０７から蒸発器
３０３へと伝達されるようにするため、切替バルブ３０４，３０５を開状態にする。続くステップＳ２１では、強電系冷却装置３３の冷却水の温度が所定温度Ｔ２以上かどうかを判定する。

なお、図１では、冷却水の温度を検出する温度センサの図示を省略した。また、熱分配装置１２５の温度は外気温や運転停止してから再乗車までの時間等によって異なるが、熱分配装置１２５により暖房が行われる必要があるので、所定温度Ｔ２は少なくとも熱分配装置１２５の温度以上に設定する必要がある。そのため、検出用のセンサを熱分配装置１２５に設けても良い。

ステップＳ２１でＴ２以上と判定されるとステップＳ２２へ進み、Ｔ２よりも低いと判定されるとステップＳ２４へと進む。Ｔ２以上と判定されてステップＳ２２に進んだ場合、ステップＳ２２において温調装置１２のポンプ１２４をオンとする。さらにステップＳ２３に進んで、バイパス通路３３７の分岐に設けられた切替バルブ３３６を切り替えてバイパス状態を停止し、強電系冷却装置３３の冷却水を加熱用熱交換器３３２に流入させて加熱用熱交換器３３２をオン状態にする。

図７（ｂ）は、ステップＳ２３の処理が終了した時点における温調装置１２の状態を示す図である。冷却用熱交換器３０７は冷媒が循環しないオフ状態となっており、加熱用熱交換器３３２はステップＳ２２の処理によりオン状態となっている。また、エンジン冷却装置３２に関する加熱用熱交換器３２２については、ステップＳ１０の初期化により冷却水はバイパス通路３２８によりバイパスされて加熱用熱交換器３２２に流れ込まず、熱交換動作を行わない。そのため、加熱用熱交換器３２２の図示を省略した。

強電系冷却装置３３の加熱用熱交換器３３２には６０℃程度の冷却水が循環しており、温調装置１２の液体冷媒がその加熱用熱交換器３３２を通過すると、４０〜５０℃程度の液体冷媒となる。４０〜５０℃の液体冷媒は加熱用熱交換器３３２の下流に設けられた冷却用熱交換器３０７と熱交換する。なお、空調装置１１の圧縮機３００はオフ状態となっているので、冷却用熱交換器３０７の冷却能力はオン状態に比べて低下している。そのため、冷却用熱交換器３０７で熱交換した液体冷媒の温度は３０〜４０℃程度となる。３０〜４０℃の液体冷媒は温調ユニット１２１から冷媒循環路１２０を介して熱分配装置１２５に流入し、熱分配装置１２５で熱交換し、再び温調ユニット１２１に戻ってくる。

冷却用熱交換器３０７において液体冷媒から空調装置１１の冷媒へと移動した熱は、空調ユニット１１１に設けられた熱交換器３０３から排出される。すなわち、強電系で発生した熱を、温調ユニット１２１を介することにより空調装置１１の補助暖房として利用することができる。

図６に戻って、ステップＳ２４では、エンジン冷却装置３２の冷却水温度が所定温度Ｔ３以上か否かを判定する。なお、熱分配手段１２５の温度は外気温や運転停止してから再乗車までの時間等によって異なるが、熱分配手段１２５により暖房が行われる必要があるので、所定温度Ｔ３は上述した所定温度Ｔ２と同様に少なくとも熱分配手段１２５の温度以上に設定する必要がある。ステップＳ２４においてＴ３以上と判定されるとステップＳ２５に進み、Ｔ３よりも低いと判定されるとステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２４でＴ３以上と判定されてステップＳ２５に進んだ場合には、ステップＳ
２５で温調装置１２用のポンプ１２４をオンとした後に、ステップＳ２６において加熱用
熱交換器３２２をオン状態とする。すなわち、エンジン冷却装置３２のバイパス通路３２
８の分岐点に設けられた切替バルブ３２８を切り替えて、加熱用熱交換器３２２に冷却水を循環させる。これにより、液体冷媒が加熱用熱交換器３２２を通過した際にエンジン冷却水によって暖められる。

なお、ステップＳ２２の処理が実行されて、ポンプ１２４が既にオンとなっている場合には、ステップＳ２５で再度オン指令を出す必要はない。また、ポンプ１２４を常時稼働させておく代わりに、必要なときに作動させることにより無駄な動力の消費を防止するようにしても良い。

一方、ステップＳ２４からステップＳ２８に進んだ場合には、ステップＳ２８において
エンジン暖機が要求されているか否かを判定する。寒冷時にエンジンを始動する際にエンジン暖機を行う必要がある場合には、例えば、乗員からエンジン暖機の指令があった場合や、エンジン温度を検出して自動的に暖機指令が発せられた場合には、エンジン冷却水の温度がＴ３より低くてもステップＳ２５へと進む。この場合、エンジン冷却水の温度はＴ３よりも低いので、３０〜４０℃の液体冷媒から加熱用熱交換器３２２へと熱が移動してエンジン冷却水が暖められるため、その冷却水が循環することによりエンジン１０２が暖機される。

一方、暖機指令が無いと判定されたならば、ステップＳ２５，Ｓ２６をスキップしてステップＳ２７へと進む。ステップＳ２７では、温調装置１２への動作要求が継続しているか否かを判定し、要求があると判定されるとステップＳ２１へ進み、要求が無いと判定されるとステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９では、加熱用熱交換器３２２，３３２をオフ状態とするとともに、バルブ３０５を閉じて冷却用熱交換器３０７をオフ状態にする。次いで、ステップＳ３０において温調装置用ポンプ１２４を停止し、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態の車両用熱源分配システムでは、車室に設けられた熱分
配装置１２５を有する温調装置１２を設けたことにより以下のような効果を奏することができる。ここでは、図８に示す車両用熱源分配システムの概念図を用いて説明する。空調装置１１による冷房・暖房は従来の通り行われる。本発明では、さらに、冷房時には熱源である強電系の熱を、図８の矢印Ｃで示すように温調ユニット１２１を介して冷却源である空調用冷媒へと移送するようにしている。その結果、強電系の冷却に関しては、空調用冷媒による冷却が行われるため、冷却源（空調用冷媒）をより効率的に利用することができ、サブラジエータ３３３での熱排出量を低減することができる。

一方、冬期等における暖房時には、強電系１０１の熱を、温調ユニット１２１の加熱用熱交換器３３２および冷却用熱交換器３０７を介して空調用冷媒へ移送し、さらに、空調ユニット１１１の蒸発器３０３から空調風へと放出するようにしている。その結果、強電系の熱が車室内の暖房に利用され、強電系冷却装置３３のサブラジエータ３３３から無駄に排出される熱を低減することができる。また、強電系１０１の熱をエンジン１０２の暖機に利用することにより、エンジン暖機をより速く行うことができるとともに、燃費の悪化を抑えることができる。なお、熱源としては、エンジン１０２、強電系１０１に加えて排ガス１０３等がある。

さらに、温調ユニット１２１で冷却または暖められた液体冷媒を車室内の熱分配装置１
２５に循環させることにより、上述した省力化に加えて次のような効果も得ることができる。すなわち、図９に示すように、空調装置１１の空調風による熱伝達（対流２０１）に加えて、熱分配装置１２５が設けられたシート１２７からの接触熱２０３や、トリムや床からの輻射２０２が加わることにより、乗員２００に対しより快適な車室内空間を作り出すことができる。

なお、温調ユニット１２１を上述したように機能させるためには、温調ユニット１２１内において、強電系１０１の冷却水が循環する加熱用熱交換器３３２，３２２を空調装置１１の冷媒が循環する冷却用熱交換器３０７よりも上流側に配置することが重要である。そのような配置とすることにより、温調装置１２の冷媒循環路を循環する液体冷媒は、循環途中で加熱・冷却を何度も繰り返すことなく徐々に温度を上げていくため、熱を無駄にすることがない。

一方、図１０に示すように冷却用熱交換器３０７と加熱用熱交換器３３２と逆に配置し
た場合、本実施の形態のような効果を奏することができない。図１０（ａ）は夏期（冷房）の場合を示したものである。温調ユニット１２１内に流れ込んだ液体冷媒は、上流側に設けられた冷却用熱交換器３０７によって１０〜２０℃程度まで冷却された後、下流側の加熱用熱交換器３３２で加熱されて３０〜４０℃程度の温度となり、熱分配装置１２５における温度も３０〜４０℃程度と図７（ａ）の場合に比べて高めの温度となる。

そのため、乗員に対して快適空間を形成することができない。この配置において液体冷媒の温度を下げようとした場合、冷却用熱交換器３０７での熱交換量を大きくするか、加熱用熱交換器３３２での熱交換量を小さくする必要があるが、前者の場合には消費動力が大きくなり、後者の場合には強電系１０１の冷却不足を招くという欠点がある。

また、図１０（ｂ）は暖房の場合を示したものである。熱分配装置１２５における液体
冷媒の温度は図７（ｂ）の場合と同様に３０〜４０℃程度であるとする。この場合、圧縮機３００が停止状態にあるので、熱分配装置１２５から温調ユニット１２１に戻ってきた液体冷媒が冷却用熱交換器３０７と熱交換すると、液体冷媒の温度は２０〜３０℃程度にしかならない。その液体冷媒は加熱用熱交換器３３２で加熱されて３０〜４０℃程度の温度とされる。

この場合、熱分配装置１２５での液体冷媒の温度を３０〜４０℃程度に保つためには、加熱用熱交換器３３２での熱交換量を図７（ｂ）の場合に比べて小さくする必要がある上に、上流側に配置された冷却用熱交換器３０７での熱交換量が小さくなる。そのため、本実施の形態に比べて、効率が低下する。

図１１は、車両に設けられた４つのシートの表面を２０℃に保ち、それぞれのシートで
２００Ｗの熱を奪うという条件で、本実施の形態と、ペルチェ素子等の電子冷却と、従来の送風冷却（空調風冷却）とのそれぞれの場合のオルタネータおよびコンプレッサで消費される動力を比較したものである。送風冷却に比べて本実施の形態ではトータルの動力を約４０％削減することができる。また、電子冷却の場合の動力は、本実施の形態の場合の動力に比べて遙かに大きくなる。

上述した図７の説明では、加熱用熱交換器３２２をオフ状態にして、冷却用熱交換器３０７と加熱用熱交換器３３２との関係を説明したが、加熱用熱交換器３３２をオフし加熱用熱交換器３２２をオン状態とすることにより、冷却用熱交換器３０７と加熱用熱交換器３２２との間にも同様の関係が成立する。また、ハイブリッド自動車を例に説明したが、エンジンのみの自動車や、エンジンバッテリと電動モータとで駆動する電気自動車や、燃料電池と電動モータで駆動する燃料電池車にも同様に本発明を適用することができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、強電系１０１およ
びエンジン１０２は加熱源を、空調装置１１の冷媒は冷却源を、ポンプ１２４は循環手段を、熱分配装置１２５は第１の熱交換器を、加熱用熱交換器３２２，３３２は第２の熱交換器を、冷却用熱交換器は第３の熱交換器を、冷媒停留部は停留部位６０１をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明による車両用熱源分配システムの一実施の形態を説明するブロック図である。 温調ユニット１２１の拡大図である。 熱分配装置１２５の斜視図である。 図３のＥ−Ｅ断面図である。 車両用熱源分配システムの動作を説明するフローチャートである。 図５に続く処理を示すフローチャートである。 温調装置１２を説明する図であり、（ａ）は冷房時を、（ｂ）は暖房時をそれぞれ示す。 車両用熱源分配システムの概念図である。 車室内の熱の流れを示す図である。 比較例として冷却用熱交換器３０７と加熱用熱交換器３３２の配置を逆にした場合を示す図であり、（ａ）は冷房時を、（ｂ）は暖房時をそれぞれ示す。 本実施の形態と、ペルチェ素子等の電子冷却と、従来の送風冷却とにおける消費動力の比較例を示す図である。

符号の説明

１１ 空調装置
１２ 温調装置
３２ エンジン冷却装置
３３ 強電系冷却装置
１０１ 強電系
１０２ エンジン
１１０，１２０ 冷媒循環路
１１１ 空調ユニット
１２１ 温調ユニット
１２４，３２１，３３１ ポンプ
１２５ 熱分配装置
３０３ 蒸発器
３０７ 冷却用熱交換器
３２２，３３２ 加熱用熱交換器
３２４ ヒータコア
６００ 導熱板
６０１ 停留部位

Claims (4)

1. 加熱源と冷却源とを備えた車両用空調装置と、前記空調装置とは独立して液体冷媒を用
   いて乗員への温度調整を行う温調装置とを有して、前記空調装置と前記温調装置とに前記
   加熱源の熱と前記冷却源とを分配する車両用熱源分配システムであって、
   前記温調装置は、
   前記加熱源の熱を排出する排出手段と、
   前記冷却源に熱を吸収するための吸熱手段と、
   前記液体冷媒を用いて、前記排出手段から排出された熱を前記吸熱手段へと移送する熱分配手段とを備えたことを特徴とする車両用熱源分配システム。
2. 請求項１に記載の車両用熱源分配システムにおいて、
   前記熱分配手段は、車室内において輻射および伝熱により吸排熱を行う第１の熱交換器と、前記第１の熱交換器に前記液体冷媒を循環させる循環手段とを備え、
   前記排出手段は、前記加熱源の熱を移送するための熱媒体が循環する第２の熱交換器であって、前記液体冷媒の循環経路上に設けられて前記熱媒体から前記液体冷媒へと熱を伝達し、
   前記吸熱手段は、前記冷却源を利用して空調風を車室内に供給する前記空調装置の空調用冷媒が循環する第３の熱交換器であって、前記液体冷媒の循環経路上の前記第２の熱交換器の下流側に配設されて前記液体冷媒から前記空調用冷媒へと熱を伝達することを特徴とする車両用熱源分配システム。
3. 請求項２に記載の車両用熱源分配システムにおいて、
   前記第１の熱交換器は、前記液体冷媒の循環経路上に設けられて前記液体冷媒が一時的に停留する冷媒停留部であることを特徴とする車両用熱源分配システム。
4. 請求項３に記載の車両用熱源分配システムにおいて、
   前記第１の熱交換器は、前記液体冷媒と熱接触して前記液体冷媒と車室内との熱伝達を行う導熱板を有することを特徴とする車両用熱源分配システム。

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