JP7287203B2 - 熱交換モジュール - Google Patents
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Description
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却側熱交換部及び空調側熱交換部を有する構成でありながら、搭載性を向上させることが可能な熱交換モジュールを提供することにある。
図1に示されるように、本実施形態の熱交換モジュール20は、車両10のボンネット11の上部に配置されている。本実施形態の車両10は、モータジェネレータの動力により走行する、いわゆる電気自動車である。したがって、車両は、モータジェネレータに電力を供給するためのバッテリや、バッテリに充電されている直流電力を交流電力に変換するインバータ装置等を備えている。熱交換モジュール20には、車両10の走行風が外気として導入される。熱交換モジュール20は、バッテリやインバータ装置等を冷却するための冷却水を放熱させるラジエータとしての機能と、車室内の空調を行う空調空気を生成する熱交換器としての機能とを有している。
図2に示されるように、熱交換モジュール20は、ケース21と、冷却側熱交換部22と、第1送風装置23と、第1空調側熱交換部24と、第2空調側熱交換部25と、第2送風装置26とを備えている。なお、図中の矢印Aで示される方向は外気の流れ方向を示している。また、矢印Z1で示される方向は鉛直方向上方を示し、矢印Z2で示される方向は鉛直方向下方を示している。
冷却側熱交換部22及び第1送風装置23は冷却通路211に配置されている。第1送風装置23は、外気流れ方向Aにおいて冷却側熱交換部22よりも下流側に配置されている。第1送風装置23は、冷却通路211を流れる空調空気を冷却側熱交換部22に送風する。冷却側熱交換部22の内部には冷却水が流れている。この冷却水は、車両10のモータジェネレータやバッテリ、インバータ装置等の発熱体を循環することにより、発熱体を冷却する。冷却側熱交換部22は、その内部を流れる冷却水と、その外部を流れる空調空気との間で熱交換を行うことにより冷却水を放熱して冷却する、いわゆるラジエータとして主に機能する。
次に、図4を参照して、熱交換モジュール20が用いられる熱交換システム30について詳しく説明する。
冷却システム40は、図2及び図3に示される熱交換モジュール20の冷却側熱交換部22に対して、発熱体41と、第1水熱媒体熱交換部61と、図2及び図3に示される熱交換モジュール20の第2空調側熱交換部25とが並列に接続された構造を有している。冷却システム40では、冷却側熱交換部22、発熱体41、第1水熱媒体熱交換部61、及び第2空調側熱交換部25に冷却水が循環している。
第1空調側熱交換部24では、第1膨張弁53から吐出される低圧の液相熱媒体と空調空気との間で熱交換が行われることにより、熱媒体が空調空気の熱を吸収して空調空気が冷却される。空調空気の熱を吸収することにより蒸発した低温の気相熱媒体は、第1空調側熱交換部24から圧力調整弁51に流れることにより圧力が調整された後、コンプレッサ52に吸入される。
一方、ヒートポンプシステム50には、環状流路W50における第1水熱媒体熱交換部61の下流側の部分とコンプレッサ52の上流側の部分とを接続するようにバイパス流路W51が設けられている。バイパス流路W51には第2膨張弁54及び第2水熱媒体熱交換部62が設けられている。環状流路W50とバイパス流路W51との2箇所の接続部分には、それらの流路W50,W51の接続状態を切り替える三方弁等の切替弁550,551が設けられている。切替弁550,551は、例えばバイパス流路W51に熱媒体が流れずに、且つ環状流路W50のみに熱媒体が流れるような流路を構成する。これにより、上述のようにヒートポンプシステム50は冷凍サイクルとして駆動することが可能である。
このような流路が形成された場合、第2膨張弁54は、第1水熱媒体熱交換部61から吐出される高圧の液相熱媒体を膨張させて減圧させる。第2膨張弁54により減圧させられた低圧の液相熱媒体はバイパス流路W51を通じて第2水熱媒体熱交換部62に流入する。
第1水熱媒体熱交換部61では、コンプレッサ52から吐出される高温及び高圧の気相熱媒体と、冷却システム40の第2バイパス流路W42を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、熱媒体の熱が冷却水に吸収される。この熱媒体の熱を吸収した冷却水を、冷却システム40の第2空調側熱交換部25に流すことにより、第2空調側熱交換部25において空調空気を加熱することが可能となる。
図5に示されるように、熱交換システム30は、各システム40,50を制御する制御装置70を備えている。制御装置70は、CPUやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置70は、メモリに予め記憶されているプログラムを実行することにより、各システム40,50を制御するための各種処理を実行する。
発熱体冷却モードは、発熱体41の冷却を行うモードである。例えば、制御装置70は、発熱体41の温度が所定温度以上になることに基づいて、各システム40,50を発熱体冷却モードで動作させる。発熱体冷却モードでは、各システム40,50において図6に示されるような冷却水の流路及び熱媒体の流路が形成される。
<発熱体冷却・冷房モード>
発熱体冷却・冷房モードは、発熱体41の冷却及び車室内の冷房を行うモードである。例えば、制御装置70は、発熱体41の温度が所定温度以上であって、且つ操作部73により車室内の冷房が選択されている場合に、各システム40,50を発熱体冷却・冷房モードで動作させる。なお、制御装置70は、車室内の温度と、操作部73により設定される車室内の目標温度との偏差等に基づいて、車室内の冷房を自動的に実行する際に、各システム40,50を発熱体冷却・冷房モードで動作させてもよい。発熱体冷却・冷房モードでは、各システム40,50において図8に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
<暖房モード>
暖房モードは、車室内の暖房を行うモードである。例えば、制御装置70は、操作部73により車室内の暖房が選択されている場合に、各システム40,50を暖房モードで動作させる。なお、制御装置70は、車室内の温度と、操作部73により設定される車室内の目標温度との偏差等に基づいて、車室内の暖房を自動的に実行する際に、各システム40,50を発熱体冷却・冷房モードで動作させてもよい。暖房モードでは、各システム40,50において図10に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
<着霜抑制モード>
着霜抑制モードは、暖房モードで動作している際に冷却側熱交換部22への霜の付着を未然に防止するためのモードである。例えば、制御装置70は、暖房モードで動作している際に温度センサ72により冷却側熱交換部22の温度を監視しており、冷却側熱交換部22の温度が第1所定温度以下になることに基づいて暖房モードから着霜抑制モードに移行する。第1所定温度は、冷却側熱交換部22に実際に霜が付着する温度よりも若干高い温度に設定されている。また、制御装置70は、着霜抑制モードを実行した後、冷却側熱交換部22の温度が第2所定温度よりも高くなることに基づいて、あるいは着霜抑制モードを所定時間だけ実行することに基づいて、着霜抑制モードから暖房モードに移行する。第2所定温度は第1所定温度よりも高い温度である。このように、着霜抑制モードは、暖房モードの実行時に冷却側熱交換部22への霜の付着の可能性が高くなった際に実行される。着霜抑制モードでは、各システム40,50において図12に示されるような冷却水及び熱媒体の流路が形成される。
以上説明した本実施形態の熱交換モジュール20によれば、以下の(1)~(9)に示される作用及び効果を得ることができる。
(4)ケース21には、冷却通路211において冷却側熱交換部22よりも下流側であって、且つ空調通路212において空調側熱交換部24,25よりも下流側に車室外連通口214が形成されている。車室外連通口214は、冷却側熱交換部22及び空調側熱交換部24,25を通過した空気を、車室内とは異なる場所である車室外に排出する排出口として機能する。この構成によれば、冷却側熱交換部22だけでなく空調側熱交換部24,25をラジエータとして機能させることが可能となる。
(8)送風装置23,26は、冷却通路211及び空調通路212のそれぞれに配置されている。この構成によれば、冷却通路211及び空調通路212のそれぞれの風量を制御することが可能となる。
(変形例)
次に、熱交換モジュール20の変形例について説明する。
冷却通路211には、第1冷却側熱交換部81と、第2冷却側熱交換部82とが配置されている。第1冷却側熱交換部81は、発熱体41の冷却水を冷却するラジエータとして機能する。第2冷却側熱交換部82は、車両の空調装置に用いられる冷凍サイクルのコンデンサとして機能する。冷却通路211の下流側には車室外連通口214が設けられている。したがって、第1冷却側熱交換部81及び第2冷却側熱交換部82を通過した外気は車室外連通口214を通じて車室外に排出される。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・ケース21には、冷却側外気導入口210aと空調側外気導入口210bとが分離して設けられていてもよい。また、ケース21には、冷却通路211と空調通路212とが分離して設けられていてもよい。
・車室外連通口214は、車室外とは別の場所、例えばモータジェネレータが設けられるモータルームや、内燃機関が設けられるエンジンルーム等に空気を排出する部分であってもよい。
・熱交換モジュール20は、冷却通路211及び空調通路212に共通する一つの送風装置を有するものであってもよい。
・ヒータコアとして機能する第2空調側熱交換部25に代えて、空気加熱式PTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータを用いてもよい。
・ヒートポンプシステム50は、空調空気の冷却を行う冷凍サイクルとしてのみ動作するものであってもよい。この場合、暖房モードや着霜抑制モードの実行が不要となるため、ケース21には連通路216が形成されていなくてもよい。
・車両10は、電気自動車に限らず、内燃機関の動力により走行するエンジン車両や、電動機及び内燃機関のそれぞれの動力により走行するハイブリッド車両であってもよい。なお、エンジン車両では内燃機関が発熱体となる。また、ハイブリッド車両では、電動機に電力を供給するバッテリや、内燃機関が発熱体となる。
11:ボンネット
20:熱交換モジュール
21:ケース
22:冷却側熱交換部
23:第1送風装置
24:第1空調側熱交換部
25:第2空調側熱交換部
26:第2送風装置
27:送風装置
31:ドア部材(開閉部)
41:発熱体
81:第1冷却側熱交換部
82:第2冷却側熱交換部
83:空調側熱交換部
210:外気導入口
211:冷却通路
212:空調通路
214:車室外連通口(排出口)
216:連通路(連通部)
Claims (7)
- 車両(10)の発熱体(41)を冷却するための冷却水が内部を流れ、冷却水と空気との間で熱交換を行う冷却側熱交換部(22,81,82)と、
熱媒体が内部を流れ、車室内の空調を行うための空調空気と熱媒体との間で熱交換を行う空調側熱交換部(24,25,83)と、
前記冷却側熱交換部、及び前記空調側熱交換部に空気を送風する送風装置(23,26,27)と、
前記冷却側熱交換部、前記空調側熱交換部、及び前記送風装置が収容されるケース(21)と、を備え、
前記ケースには、
前記車両の外部の空気である外気を前記冷却側熱交換部及び前記空調側熱交換部に導入する外気導入口(210)と、
前記冷却側熱交換部及び前記空調側熱交換部を通過した空気を排出する排出口(214)と、
前記ケースの内部において前記外気導入口から前記排出口まで延びるように配置され、前記ケースの内部を、前記外気導入口から導入される外気を前記冷却側熱交換部に導いて前記排出口から排出する冷却通路(211)、及び前記外気導入口から導入される外気を前記空調側熱交換部に導いて前記排出口から排出する空調通路(212)に区画する区画壁(213)と、が形成されている
熱交換モジュール。 - 前記排出口は、前記冷却側熱交換部及び前記空調側熱交換部を通過した空気を、車室内とは異なる場所に排出する
請求項1に記載の熱交換モジュール。 - 前記区画壁には、前記冷却通路における前記冷却側熱交換部よりも上流側の部分と、前記空調通路における前記空調側熱交換部よりも上流側の部分とを連通させる連通部(216)が形成されている
請求項1又は2に記載の熱交換モジュール。 - 前記連通部を開閉する開閉部(31)を更に備える
請求項3に記載の熱交換モジュール。 - 前記送風装置は、前記冷却通路及び前記空調通路のそれぞれに配置されている
請求項1~4のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。 - 前記空調側熱交換部には、空調空気を冷却することが可能な熱交換部(24)と、空調空気を加熱することが可能な熱交換部(25)とが含まれている
請求項1~5のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。 - 前記外気導入口は、前記車両のボンネット(11)に設けられている
請求項1~6のいずれか一項に記載の熱交換モジュール。
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