JP6399060B2

JP6399060B2 - ヒートポンプシステム

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Publication number: JP6399060B2
Application number: JP2016168059A
Authority: JP
Inventors: 賢吾杉村; 加藤　吉毅; 吉毅加藤; 竹内　雅之; 雅之竹内; 功嗣三浦; 憲彦榎本; 慧伍佐藤; アリエルマラシガン; 橋村　信幸; 信幸橋村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2036-08-30
Also published as: US20180208019A1; US10940740B2; JP2017081530A

Description

本発明は、冷却水を利用して外気吸熱を行うヒートポンプシステムに関する。

冷却水を利用して外気吸熱を行うヒートポンプシステムにおいては、いわゆるＬＴラジエータといった外気吸熱器が用いられる。下記特許文献１に記載されているヒートポンプシステムでは、外気吸熱器において着霜が進行した場合の熱媒体の温度低下を抑制するため、第１熱媒体回路を流れる熱媒体の温度が第１所定温度を下回っている場合、凝縮器で加熱された熱媒体を第１熱媒体回路に流入させ、第１熱媒体回路に流れる熱媒体の温度を上昇させている。

特開２０１４−２３４０９４号公報

ヒートポンプシステムの運転中において、外気吸熱器には霜が付着する場合がある。上記従来の技術では、霜を取り除く除霜処理については特段の言及がない。上記したように従来の技術では、第１熱媒体回路に流れる熱媒体の温度を上昇させているので、温度をある程度上昇させれば外気吸熱器に付着した霜を取り除くことができると思われる。しかしながら、霜が付着した状態の外気吸熱器は低温状態となっているため、何らかの配慮をしなければヒートショックによって外気吸熱器に不具合が発生するおそれがある。

本開示の目的は、ヒートショックによる不具合の発生を回避しつつ外気吸熱機の霜を取り除くことが可能なヒートポンプシステムを提供することにある。

本開示は、冷却水を利用して外気吸熱を行うヒートポンプシステムであって、外気吸熱器（２０）、第１切替弁（４１）、熱源（２１）、第２切替弁（４０）を冷却水が通るように設けられている流路（３）と、前記第１切替弁及び前記第２切替弁を開閉することで、前記流路における流路切り替えを制御する流路切替部（１０２）と、前記流路を流れる冷却水温度に基づいて、前記外気吸熱器においてヒートショックによる不具合が起きるか否かのヒートショック判定を実行するヒートショック判定部（１０１）と、を備える。前記流路は、前記第１切替弁から前記外気吸熱器を通って前記第２切替弁に至る冷却水流路（３０）と、前記第２切替弁から前記熱源を通って前記第１切替弁に至る熱源流路（３２）と、前記第１切替弁と前記第２切替弁とを直接繋ぐバイパス流路（３１）と、を有している。前記ヒートショック判定部が、前記冷却水流路における冷却水温度と、前記熱源流路における冷却水温度との差が所定温度以上であると判定した場合に、前記流路切替部は、少なくとも前記バイパス流路及び前記熱源流路を流れる冷却水を混合して前記冷却水流路に流入させる。

熱源流路における冷却水温度との差が所定温度以上であるとヒートショックによる不具合が発生する可能性がある。そこで本開示では、熱源流路を流れる高温の冷却水とバイパス流路を流れる中温の冷却水とを混合して冷却水流路に供給することで、ヒートショックが発生しない温度の冷却水を供給することができる。

本開示によれば、ヒートショックによる不具合の発生を回避しつつ外気吸熱機の霜を取り除くことが可能なヒートポンプシステムを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの全体構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの構成を示す図である。図３は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムに用いられる制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。図４は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの動作を説明するためのフローチャートである。図５は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図６は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図７は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの動作を説明するためのフローチャートである。図８は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図９は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図１０は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図１１は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図１２は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの動作を説明するためのフローチャートである。図１３は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの動作を説明するためのフローチャートである。図１４は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図１５は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの冷却水の流れを説明するための図である。図１６は、本発明の実施形態であるヒートポンプシステムの動作を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本発明の実施形態に係るヒートポンプシステムは、第１冷却水回路Ｃ１と、冷凍サイクルＣ２と、第２冷却水回路Ｃ３とによって構成されている。第１冷却水回路Ｃ１は、外気吸熱器としてのＬＴラジエータ２０と、第１切替弁としての三方弁４１ａと、第２切替弁としての三方弁４０ａと、チラー２１４ｄと、ウォーターポンプ４３，４２２と、を備えている。

チラー２１４ｄは、冷凍サイクルＣ２と共有している。ＬＴラジエータ２０と、三方弁４０ａと、ウォーターポンプ４２２と、チラー２１４ｄと、三方弁４１ａと、ウォーターポンプ４３とは、吸熱側の冷却水流路３０及び排熱側の冷却水流路３４によって繋がれている。

冷却水流路３０は、第１切替弁である三方弁４１ａから外気吸熱器であるＬＴラジエータ２０を通って第２切替弁である三方弁４０ａに至る流路である。冷却水流路３４は、第２切替弁である三方弁４０ａからチラー２１４ｄを通って第１切替弁である三方弁４１ａに至る流路である。

冷凍サイクルＣ２は、水冷コンデンサ２１４ａと、減圧弁２１４ｃと、チラー２１４ｄと、コンプレッサ２１４ｂと、を備えている。水冷コンデンサ２１４ａと、減圧弁２１４ｃと、チラー２１４ｄと、コンプレッサ２１４ｂとは、冷媒流路によって繋がれている。コンプレッサ２１４ｂにおいて高圧高温となった冷媒は、水冷コンデンサ２１４ａに流れる。水冷コンデンサ２１４ａにおいて熱交換した冷媒は、減圧弁２１４ｃに流れる。減圧弁２１４ｃにおいて減圧された冷媒は、チラー２１４ｄに流れる。チラー２１４ｄにおいて、冷凍サイクルＣ２を流れる冷媒は第１冷却水回路Ｃ１を流れる冷却水と熱交換する。

チラー２１４ｄを通った冷媒は、蒸発してコンプレッサ２１４ｂに流れる。チラー２１４ｄを通った冷却水は、冷却されてＬＴラジエータ２０に流れる。ＬＴラジエータ２０に流れた冷却水は、外気から吸熱を行いチラー２１４ｄに還流する。チラー２１４ｄにおいて冷却される際の冷却水温は外気温度以下となるため、外気温度によっては冷却水温度が０℃以下となる場合がある。冷却水温度が０℃以下となると、ＬＴラジエータ２０の表面において空気中の水分が凝固し、熱交換器であるＬＴラジエータ２０の表面に着霜する。

第２冷却水回路Ｃ３は、熱源としてのエンジン２１１、熱源としてのヒータ２１２、放熱器としてのヒータコア２１３、熱源としての水冷コンデンサ２１４ａを有し、それらに冷却水を循環させる回路である。更に、第２冷却水回路Ｃ３は、熱源流路３２１，３２２と、バイパス流路３１，３１１と、第１切替弁としての多方弁４１ｂ及び三方弁４１ｃ、第２切替弁としての多方弁４０ｂ及び三方弁４０ｃと、を有している。

多方弁４０ｂは、三方弁４０ａと繋がっている。多方弁４１ｂは、三方弁４１ａと繋がっている。多方弁４０ａ，４０ｂ及び多方弁４１ａ，４１ｂを切り替えることで、第２冷却水回路Ｃ３内部でのみ冷却水を循環することもできるし、第１冷却水回路Ｃ１との間で冷却水を循環させることもできる。

多方弁４０ｂと多方弁４１ｂとの間は、熱源流路３２１，３２２及びバイパス流路３１，３１１によって繋がれている。従って、多方弁４０ｂ及び多方弁４１ｂを切り替えることで、熱源流路３２１，３２２及びバイパス流路３１，３１１に流れる冷却水を制御することができる。

熱源流路３２１は、水冷コンデンサ２１４ａを通る流路である。熱源流路３２１を通る冷却水は、水冷コンデンサ２１４ａによって昇温される。バイパス流路３１１は、ヒータコア２１３を通る流路である。バイパス流路３１１を通る冷却水は、ヒータコア２１３によって放熱される。熱源流路３２１とバイパス流路３１１との一方の分岐部には、第２切替弁としての三方弁４０ｃが設けられている。熱源流路３２１とバイパス流路３１１との他方の分岐部には、第１切替弁としての三方弁４１ｃが設けられている。三方弁４１ｃ及び三方弁４０ｃを循環側に切り替えることで、冷却水は水冷コンデンサ２１４ａとヒータコア２１３との間を循環し、室内暖房を行うことができる。

熱源流路３２２は、エンジン２１１及びヒータ２１２を通る流路である。バイパス流路３１は、多方弁４０ｂと多方弁４１ｂとを直接繋ぐ流路であって、その途上には熱源が設けられていない。

本実施形態の説明を容易にするため、図２に示されるようなヒートポンプシステム１を参照しながら説明する。図１に示されている三方弁４０ａ、多方弁４０ｂ、及び三方弁４０ｃは、機能的に三方弁４０に相当する。三方弁４０の流路切替は、三方弁４０ａ、多方弁４０ｂ、及び三方弁４０ｃの流路切替を組み合わせて実行することができる。図１に示されている三方弁４１ａ、多方弁４１ｂ、及び三方弁４１ｃは、機能的に三方弁４１に相当する。三方弁４１の流路切替は、三方弁４１ａ、多方弁４１ｂ、及び三方弁４１ｃの流路切替を組み合わせて実行することができる。

図１に示されている、エンジン２１１、ヒータ２１２、水冷コンデンサ２１４ａは、機能的に熱源２１に相当する。熱源流路３２１及び熱源流路３２２は、熱源流路３２に相当する。ヒートポンプシステム１における流路３は、冷却水流路３０と、熱源流路３２と、バイパス流路３１とを含むものである。

図２に示されるように、本実施形態に係るヒートポンプシステム１は、制御装置１０と、外気吸熱器としてのＬＴラジエータ２０と、熱源２１と、を備えている。ＬＴラジエータ２０は、冷却水流路３０に配置されている。冷却水流路３０を流れる冷却水は、外気温度以下の低温状態となっている。

熱源２１は、熱源流路３２に配置されている。熱源２１としては、エンジンや水冷コンデンサが含まれる。熱源流路３２を流れる冷却水は、４０℃から８０℃までの高温状態となっている。

冷却水流路３０と熱源流路３２とは、切替手段としての三方弁４０，４１によって繋がれている。三方弁４０と三方弁４１とを繋ぐように、バイパス流路３１が設けられている。バイパス流路３１内にクーラコアやＩＮＶ等の車載機器が含まれていてもよい。バイパス流路３１を流れる冷却水の温度は、冷却水流路３０を流れる冷却水の温度よりも高く、熱源流路３２を流れる冷却水の温度よりも低い。

冷却水流路３０には、ウォーターポンプ４３と、水温センサ４６とが設けられている。ウォーターポンプ４３及び水温センサ４６は、三方弁４１とＬＴラジエータ２０との間に設けられている。

バイパス流路３１には水温センサ４５が設けられている。熱源流路３２には、ウォーターポンプ４２と、水温センサ４４とが設けられている。

制御装置１０は、水温センサ４４，４５，４６から出力される温度データを受け取り、三方弁４０，４１及びウォーターポンプ４２，４３に駆動信号を出力する。図３に示されるように、制御装置１０は機能的な構成要素として、ヒートショック判定部１０１と、流路切替部１０２と、ポンプ駆動部１０３と、除霜判定部１０４と、を備えている。

ヒートショック判定部１０１は、冷却水流路３０、熱源流路３２、及びバイパス流路３１における冷却水温度に基づいて、ＬＴラジエータ２０においてヒートショックによる不具合が起きるか否かのヒートショック判定を実行する部分である。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４，４５，４６から出力される温度データに基づいて、冷却水流路３０、熱源流路３２、及びバイパス流路３１における冷却水温度を把握する。

流路切替部１０２は、冷却水流路３０、熱源流路３２、及びバイパス流路３１の流路切替を制御する部分である。流路切替部１０２は、三方弁４０，４１に駆動信号を出力することで流路切替を実行する。

ポンプ駆動部１０３は、ウォーターポンプ４２，４３に駆動信号を出力し、ウォーターポンプ４２，４３を駆動する部分である。除霜判定部１０４は、ＬＴラジエータ２０における除霜が完了したか否かを判定する部分である。

続いて、図４を参照しながら、制御装置１０の動作について説明する。ステップＳ１０１では、ポンプ駆動部１０３からウォーターポンプ４２，４３に停止信号が出力され、初期状態として停止状態となる。

ステップＳ１０１に続くステップＳ１０２では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ未満となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ１０３の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以上となっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０３では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の少なくとも一方を駆動させる。図５に示されるように、冷却水流路３０と熱源流路３２とを冷却水が循環し、ＬＴラジエータ２０の除霜が行われる。

ステップＳ１０６では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と他の少なくとも２つの流路とを接続する。本実施形態では、冷却水流路３０以外の流路が熱源流路３２及びバイパス流路３１の２つなので、熱源流路３２及びバイパス流路３１と冷却水流路３０とを接続する。

ステップＳ１０６に続くステップＳ１０７では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の少なくとも一方を駆動させる。図６に示されるように、熱源流路３２内の高温の冷却水とバイパス流路３１内の中温の冷却水とが混合され、冷却水流路３０に供給され、ＬＴラジエータ２０の除霜が行われる。

ステップＳ１０４及びステップＳ１０７に続くステップＳ１０５では、除霜判定部１０４が、ＬＴラジエータ２０の除霜が完了したか否かを判断する。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していないと判断すればステップＳ１０２の処理に戻る。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していると判断すればステップＳ１０８の処理に進む。

ステップＳ１０８では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の駆動を停止させる。

続いて、図７を参照しながら、制御装置１０の動作の別例について説明する。ステップＳ２０１では、ポンプ駆動部１０３からウォーターポンプ４２，４３に停止信号が出力され、初期状態として停止状態となる。

ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ未満となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ２０３の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以上となっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ２０４の処理に進む。ステップＳ２０３では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と熱源流路３２とを繋ぐ。

ステップＳ２０４では、流路切替部１０２が、バイパス流路３１と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５では、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４２を駆動する。図８に示されるように、熱源流路３２内の高温の冷却水とバイパス流路３１内の中温の冷却水とが混合される。

ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以下となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ２０７の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉより大きくなっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ２０４の処理に戻る。

ステップＳ２０７では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２の駆動を停止する。ステップＳ２０７に続くステップＳ２０８では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と、バイパス流路３１及び熱源流路３２の少なくとも一方とを繋ぐ。ステップＳ２０８に続くステップＳ２０９では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２，４３を駆動する。図９から図１１を参照しながら更に説明を加える。

図９に示されるように、流路切替部１０２がバイパス流路３１と冷却水流路３０とを接続し、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４３を駆動することができる。このようにすると、熱源流路３２内の冷却水温度を大きく低下させることなくＬＴラジエータ２０の除霜を行うことができる。熱源２１が水冷コンデンサの場合には、除霜直後にヒートポンプシステム１を運転する際のウォームアップ性能低下を回避できる。熱源２１がエンジンの場合には、エンジンが冷えることなく除霜直後の指導が可能であり、燃費低下を回避できる。

図１０に示されるように、流路切替部１０２が熱源流路３２と冷却水流路３０とを接続し、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４２，４３を駆動することができる。バイパス流路３１内の冷却水熱量に比較して、熱源流路３２内の冷却水熱量が多いため、ＬＴラジエータ２０の除霜を早く完了させることができる。

図１１に示されるように、流路切替部１０２がバイパス流路３１及び熱源流路３２と冷却水流路３０とを接続し、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４２，４３を駆動することができる。バイパス流路３１内の冷却水熱量と熱源流路３２内の冷却水熱量との双方の熱量を利用できるため、ＬＴラジエータ２０の除霜を早く完了させることができる。

図７に戻り、ステップＳ２１０では、除霜判定部１０４が、ＬＴラジエータ２０の除霜が完了したか否かを判断する。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していないと判断すればステップＳ２０２の処理に戻る。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していると判断すればステップＳ２１１の処理に進む。

ステップＳ２１１は、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の駆動を停止させる。

続いて、図１２を参照しながら、制御装置１０の動作の別例について説明する。ステップＳ３０１では、ポンプ駆動部１０３からウォーターポンプ４２，４３に停止信号が出力され、初期状態として停止状態となる。

ステップＳ３０１に続くステップＳ３０２では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ未満となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ３０３の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以上となっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ３０６の処理に進む。

ステップＳ３０３では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ３０３に続くステップＳ３０４では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の少なくとも一方を駆動させる。

ステップＳ３０６では、流路切替部１０２が、バイパス流路３１と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ３０６に続くステップＳ３０７では、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４２を駆動する。図８に示されるように、熱源流路３２内の高温の冷却水とバイパス流路３１内の中温の冷却水とが混合される。

ステップＳ３０７に続くステップＳ３０８では、ヒートショック判定部１０１が、水温センサ４５から出力される温度Ｔ４５が０℃以上となっているか判断する。温度Ｔ４５が０℃以下となっていれば、ステップＳ３０６の処理に戻る。温度Ｔ４５が０℃より高くなっていれば、ステップＳ３０９の処理に進む。

ステップＳ３０９では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０とバイパス流路３１とを接続する。ステップＳ３０９に続くステップＳ３１０では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４３を駆動させる。ステップＳ３１０の処理に続いて、ステップＳ３０２の処理を続ける。

ステップＳ３０４に続くステップＳ３０５では、除霜判定部１０４が、ＬＴラジエータ２０の除霜が完了したか否かを判断する。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していないと判断すればステップＳ３０２の処理に戻る。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していると判断すればステップＳ３１１の処理に進む。

ステップＳ３１１では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の駆動を停止させる。

このように、先にバイパス流路３１内の冷却水を冷却水流路３０に流入させ、冷却水流路３０内の冷却水温度と熱源流路３２内の冷却水温度との差を小さくしてから、熱源流路３２内の冷却水を冷却水流路３０に流入させることで、ヒートショックを防止しながらＬＴラジエータ２０の除霜完了を早めることができる。

続いて、図１３を参照しながら、制御装置１０の動作の別例について説明する。ステップＳ４０１では、ポンプ駆動部１０３からウォーターポンプ４２，４３に停止信号が出力され、初期状態として停止状態となる。

ステップＳ４０１に続くステップＳ４０２では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ未満となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ４０３の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以上となっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ４０５の処理に進む。

ステップＳ４０３では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ４０３に続くステップＳ４０４では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の少なくとも一方を駆動させる。図４に示されるように、冷却水流路３０と熱源流路３２とを冷却水が循環し、ＬＴラジエータ２０の除霜が行われる。

ステップＳ４０５では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と他の少なくとも２つの流路とを接続する。本実施形態では、冷却水流路３０以外の流路が熱源流路３２及びバイパス流路３１の２つなので、熱源流路３２及びバイパス流路３１と冷却水流路３０とを接続する。

ステップＳ４０５に続くステップＳ４０６では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の少なくとも一方を、流量調整しながら駆動させる。図１４に示されるように、バイパス流路３１内の流量がＶｗ２となり、熱源流路３２内の流量がＶｗ３となるように、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３を駆動する。冷却水流路３０内の流量Ｖｗ１は、Ｖｗ２＋Ｖｗ３となる。例えば、Ｔ４６が−２０℃、Ｔ４５が０℃から１０℃、Ｔ４４が６０℃の場合に、熱源流路３２内の冷却水をＬＴラジエータ２０へ導入してしまうと、ヒートショックが起こる可能性が高いため熱源流路３２内の冷却水は導入できない。次に、バイパス流路３１内の冷却水を導入しようとすると、Ｔ４５は０℃から１０℃付近のため除霜熱量として不足している。そこで、弁開度の調整により流量を調整しバイパス流路３１内の冷却水に熱源流路３２内の冷却水を混ぜながらＬＴラジエータ２０へ導入することで、ＬＴラジエータ２０へは、０℃以上でヒートショックが起こらない程度の温度の冷却水を導入することができる。ＬＴラジエータ２０への導入冷却水温度が上昇するにつれて、熱源流路３２からの導入流量を増加させていくことで、ＬＴラジエータ２０への導入熱量を増加させていき、早期な除霜を可能にすることができる。

ステップＳ４０４及びステップＳ４０６に続くステップＳ４０７では、除霜判定部１０４が、ＬＴラジエータ２０の除霜が完了したか否かを判断する。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していないと判断すればステップＳ４０２の処理に戻る。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していると判断すればステップＳ４０８の処理に進む。

ステップＳ４０８では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の駆動を停止させる。

上記説明では、バイパス流路３１には何も設けられていない例について説明した。図１５に示されるように、バイパス流路３１１にヒータコア２１３が設けられたヒートポンプシステム１Ａを用いてもよい。

続いて、図１６を参照しながら、ヒートポンプシステム１Ａにおける制御装置１０の動作について説明する。ステップＳ５０１では、ポンプ駆動部１０３からウォーターポンプ４２，４３に停止信号が出力され、初期状態として停止状態となる。

ステップＳ５０１に続くステップＳ５０２では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ未満となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ５０３の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以上となっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ５０４の処理に進む。ステップＳ５０３では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と熱源流路３２とを繋ぐ。

ステップＳ５０４では、流路切替部１０２が、バイパス流路３１１と熱源流路３２とを繋ぐ。ステップＳ５０４に続くステップＳ５０５では、ポンプ駆動部１０３がウォーターポンプ４２を駆動する。熱源流路３２内の高温の冷却水とバイパス流路３１１内の中温の冷却水とが混合される。バイパス流路３１１にはヒータコア２１３が設けられているので、バイパス流路３１１を流れる高温の冷却水は、ヒータコア２１３にて温度が低下するように温度調整される。

ステップＳ５０５に続くステップＳ５０６では、ヒートショック判定部１０１がヒートショック判定を実行する。ヒートショック判定部１０１は、水温センサ４４から出力される温度Ｔ４４と、水温センサ４６から出力される温度Ｔ４６との差分が、閾値Ｔｉ以上となっているか否かを判断する。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉ以下となっていればヒートショックの可能性が無いものと判断し、ステップＳ５０７の処理に進む。温度Ｔ４４−温度Ｔ４６が閾値Ｔｉより大きくなっていればヒートショックの可能性が有るものと判断し、ステップＳ５０４の処理に戻る。

ステップＳ５０７では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２の駆動を停止する。ステップＳ５０７に続くステップＳ５０８では、流路切替部１０２が、冷却水流路３０と、バイパス流路３１１及び熱源流路３２の少なくとも一方とを繋ぐ。ステップＳ５０８に続くステップＳ５０９では、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２，４３を駆動する。

ステップＳ５１０では、除霜判定部１０４が、ＬＴラジエータ２０の除霜が完了したか否かを判断する。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していないと判断すればステップＳ５０２の処理に戻る。ＬＴラジエータ２０の除霜が完了していると判断すればステップＳ５１１の処理に進む。

ステップＳ５１１は、ポンプ駆動部１０３が、ウォーターポンプ４２及びウォーターポンプ４３の駆動を停止させる。

上記したように本実施形態では、ヒートショック判定部１０１が、冷却水流路３０における冷却水温度と、熱源流路３２における冷却水温度との差が所定温度以上であると判定した場合に、流路切替部１０２は、少なくともバイパス流路３１及び熱源流路３２を流れる冷却水を混合して冷却水流路３０に流入させている。熱源流路３２における冷却水温度との差が所定温度以上であるとヒートショックによる不具合が発生する可能性があるので、熱源流路３２を流れる高温の冷却水とバイパス流路３１を流れる中温の冷却水とを混合して冷却水流路３０に供給することで、ヒートショックが発生しない温度の冷却水を供給することができる。

上記図７及び図８を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、バイパス流路３１を流れる冷却水と熱源流路３２を流れる冷却水とが混合され外気吸熱器であるＬＴラジエータ２０においてヒートショックが起こらない閾値温度以下となるように準備切替を実行し、閾値温度以下となった冷却水を冷却水流路３０に供給するように供給切替を実行している。ＬＴラジエータ２０を含まない他の流路である、バイパス流路３１及び熱源流路３２を用いて温度調整することで、確実にヒートショックが起こらない温度に調整することができる。

上記図７及び図８を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、準備切替の実行後、バイパス流路３１内の冷却水を冷却水流路に供給するように供給切替を実行している。熱源流路３２の温度を大きく低下させることがなく除霜を行うことができ、除霜直後のウォームアップ性能の確保や、エンジンの温度低下の回避が可能となる。

上記図７及び図１０を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、準備切替の実行後、熱源流路３２内の冷却水を冷却水流路３０に供給するように供給切替を実行することもできる。熱量の多い熱源流路３２内の冷却水を用いることで、早期除霜が可能となる。

上記図７及び図１１を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、準備切替の実行後、バイパス流路３１及び熱源流路３２内の冷却水を冷却水流路３０に供給するように供給切替を実行することもできる。バイパス流路３１及び熱源流路３２双方の冷却水の熱量を利用することができるので、より早く除霜することができる。

上記図７を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、準備切替の実行後、バイパス流路３１内の冷却水の温度と熱源流路３２内の冷却水の温度とを比較し、温度の低い方の冷却水から冷却水流路３０に供給するように供給切替を実行することもできる。温度の低い方の冷却水を先に導入することで、温度の高い方の冷却水との温度差を小さくすることができ、結果として早期除霜が可能となる。

また本実施形態では、流路切替部１０２は、温度の低い方の冷却水から冷却水流路３０に供給し、冷却水流路３０内の冷却水の温度と、バイパス流路３１内の冷却水の温度との差が所定温度以下となった場合に、少なくとも熱源流路３２内の冷却水を冷却水流路３０に供給することもできる。冷却水流路３０内の冷却水の温度と、バイパス流路３１内の冷却水の温度との差を所定温度以下とすることで、より確実にヒートショックを回避することができる。

上記図１３及び図１４を参照しながら説明したように、流路切替部１０２は、バイパス流路３１内の冷却水と熱源流路３２内の冷却水とを混合しながら冷却水流路３０に供給する逐次供給切替を実行している。準備切替を実行せずに除霜できるので、より早い除霜が可能となる。

また本実施形態では、流路切替部１０２は、逐次供給切替の実行中において、冷却水流路３０内の冷却水の温度に応じて、バイパス流路３１から供給する冷却水の量と、熱源流路３２から供給する冷却水の量との比を調整することができる。供給比を調整することで、投入する熱量を徐々に上昇させることができるので、より早い除霜が可能となる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１：ヒートポンプシステム
３０：冷却水流路
３１：バイパス流路
３２：熱源流路
１０１：ヒートショック判定部
１０２：流路切替部

Claims

冷却水を利用して外気吸熱を行うヒートポンプシステムであって、
外気吸熱器（２０）、第１切替弁（４１）、熱源（２１）、第２切替弁（４０）を冷却水が通るように設けられている流路（３）と、
前記第１切替弁及び前記第２切替弁を開閉することで、前記流路における流路切り替えを制御する流路切替部（１０２）と、
前記流路を流れる冷却水温度に基づいて、前記外気吸熱器においてヒートショックによる不具合が起きるか否かのヒートショック判定を実行するヒートショック判定部（１０１）と、を備え、
前記流路は、前記第１切替弁から前記外気吸熱器を通って前記第２切替弁に至る冷却水流路（３０）と、前記第２切替弁から前記熱源を通って前記第１切替弁に至る熱源流路（３２）と、前記第１切替弁と前記第２切替弁とを直接繋ぐバイパス流路（３１，３１１）と、を有しており、
前記ヒートショック判定部が、前記冷却水流路における冷却水温度と、前記熱源流路における冷却水温度との差が所定温度以上であると判定した場合に、
前記流路切替部は、少なくとも前記バイパス流路及び前記熱源流路を流れる冷却水を混合して前記冷却水流路に流入させる、ヒートポンプシステム。
請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記バイパス流路を流れる冷却水と前記熱源流路を流れる冷却水とが混合され前記外気吸熱器においてヒートショックが起こらない閾値温度以下となるように準備切替を実行し、前記閾値温度以下となった冷却水を前記冷却水流路に供給するように供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記準備切替の実行後、前記バイパス流路内の冷却水を前記冷却水流路に供給するように前記供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記準備切替の実行後、前記熱源流路内の冷却水を前記冷却水流路に供給するように前記供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項２に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記準備切替の実行後、前記バイパス流路及び前記熱源流路内の冷却水を前記冷却水流路に供給するように前記供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項５に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記準備切替の実行後、前記バイパス流路内の冷却水の温度と前記熱源流路内の冷却水の温度とを比較し、温度の低い方の冷却水から前記冷却水流路に供給するように前記供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項６に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、温度の低い方の冷却水から前記冷却水流路に供給し、前記冷却水流路内の冷却水の温度と、前記バイパス流路内の冷却水の温度との差が所定温度以下となった場合に、少なくとも前記熱源流路内の冷却水を前記冷却水流路に供給する、ヒートポンプシステム。
請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記バイパス流路内の冷却水と前記熱源流路内の冷却水とを混合しながら前記冷却水流路に供給する逐次供給切替を実行する、ヒートポンプシステム。
請求項８に記載のヒートポンプシステムであって、
前記流路切替部は、前記逐次供給切替の実行中において、前記冷却水流路内の冷却水の温度に応じて、前記バイパス流路から供給する冷却水の量と、前記熱源流路から供給する冷却水の量との比を調整する、ヒートポンプシステム。
請求項１に記載のヒートポンプシステムであって、
前記バイパス流路（３１１）にヒータコアが設けられており、前記バイパス流路及び前記熱源流路を流れる冷却水の温度を低下させることができる、ヒートポンプシステム。