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技術 車両用冷却液加熱装置及び車両用冷却液加熱プログラム

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 大西陽一梯伸治
出願日 2016年1月20日 (4年2ヶ月経過) 出願番号 2016-008934
公開日 2017年7月27日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 2017-128223
状態 特許登録済
技術分野 車両用空気調和 機械または機関の冷却一般
主要キーワード 運転機器 冷却液循環回路 電磁弁用 冷却液回路 加熱プログラム 外気空気 水冷コンデンサ 吸熱用
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器除霜を可能にすることを目的とする。

解決手段

コンプレッサ32により冷媒圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクル40に含まれる水冷コンデンサ28及び少なくとも1つの機器26の各々に冷却水循環させるための第2温水回路14と、冷却水が循環し、かつ外気から冷媒サイクル40の冷媒に直接的または間接的に吸熱する第2ラジエタ36及びチラー42と、第2温水回路14と第2ラジエタ36及びチラー42とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える4方弁34と、を備える。

概要

背景

特許文献1では、蒸発器凝縮器とを有する冷媒サイクルに対して、液体循環させて冷媒の熱を熱交換器で液体に受熱または吸熱させる空調装置が提案されている。具体的には、夏季は、蒸発器と空調用ラジエタとの間、及び凝縮器と外側ラジエタとの間の各々で液体を循環し、冬季は、蒸発器と外側ラジエタとの間、及び凝縮器と空調用ラジエタとの間の各々で液体を循環させる空調装置が開示されている。

概要

冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器除霜を可能にすることを目的とする。コンプレッサ32により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクル40に含まれる水冷コンデンサ28及び少なくとも1つの機器26の各々に冷却水を循環させるための第2温水回路14と、冷却水が循環し、かつ外気から冷媒サイクル40の冷媒に直接的または間接的に吸熱する第2ラジエタ36及びチラー42と、第2温水回路14と第2ラジエタ36及びチラー42とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える4方弁34と、を備える。

目的

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器の除霜を可能にすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも1つの被加熱機器の各々に冷却液循環させるための冷却液回路と、冷却液が循環し、かつ外気から前記冷媒サイクルの冷媒に直接的または間接的に吸熱する吸熱用熱交換器と、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替え切替部を制御する制御部と、を備えた車両用冷却液加熱装置

請求項2

冷却液を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液循環回路を更に備え、前記制御部が、前記冷却液回路と前記冷却液循環回路とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える液回路切替部を更に制御する請求項1に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項3

外気温を検出する外気温検出部と、前記吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、前記制御部が、前記外気温検出部及び前記液温度検出部の各々の検出結果に基づいて前記吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように前記切替部及び前記循環部を制御する請求項1に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項4

外気温を検出する外気温検出部と、前記吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、前記制御部が、前記外気温検出部及び前記液温度検出部の各々の検出結果に基づいて前記吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とが連通状態となり、かつ冷却液が循環するように前記切替部及び前記循環部を制御した後に、除霜が完了しない場合に、前記冷却液回路と前記冷却液循環回路とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように前記液回路切替部及び前記循環部を制御する請求項2に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項5

前記液温度検出部が、前記吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出し、前記制御部が、前記外気温検出部の検出結果が予め定めた温度より低く、かつ前記外気温検出部の検出結果と前記液温度検出部の検出結果とから計算される前記吸熱用熱交換器の着霜量の値が予め定めた値より大きい場合に、除霜が必要と判断する請求項3又は請求項4に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項6

前記液温度検出部が、前記吸熱用熱交換器の入口の冷却液の温度を検出する第1液温度検出部と、前記吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出する第2液温度検出部と、を有し、前記制御部が、第1液温度検出部の検出結果と第2液温度検出部の検出結果との差が予め定めた値より大きく、かつ前記第2液温度検出部の検出結果が予め定めた値より小さい場合に、除霜が完了していないと判断する請求項4に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項7

前記制御部は、イグニッションスイッチオフされた場合に、前記除霜要否を判断して制御を行う請求項3〜6の何れか1項に記載の車両用冷却液加熱装置。

請求項8

コンピュータを、請求項1〜7の何れか1項に記載の前記制御部として機能させるための車両用冷却液加熱プログラム

技術分野

0001

本発明は、エンジン等の機関循環する冷却液を加熱して暖房熱源として利用可能な車両用冷却液加熱装置及び車両用冷却液加熱プログラムに関する。

背景技術

0002

特許文献1では、蒸発器凝縮器とを有する冷媒サイクルに対して、液体を循環させて冷媒の熱を熱交換器で液体に受熱または吸熱させる空調装置が提案されている。具体的には、夏季は、蒸発器と空調用ラジエタとの間、及び凝縮器と外側ラジエタとの間の各々で液体を循環し、冬季は、蒸発器と外側ラジエタとの間、及び凝縮器と空調用ラジエタとの間の各々で液体を循環させる空調装置が開示されている。

先行技術

0003

特開平6−219150号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1では、冬季は外側ラジエタにより外気から吸熱することで冷媒サイクルの冷媒を加熱するが、冷媒の温度や外気温等により外側ラジエタにが発生して、冷媒を十分加熱できなくなってしまう場合があるため、改善の余地がある。

0005

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器除霜を可能にすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも1つの被加熱機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液回路と、冷却液が循環し、かつ外気から前記冷媒サイクルの冷媒に直接的または間接的に吸熱する吸熱用熱交換器と、前記冷却液回路と前記吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替え切替部を制御する制御部と、を備える。

0007

請求項1に記載の発明によれば、冷却液回路では、圧縮機により冷媒を圧縮し、かつ圧縮された冷媒を膨張する冷媒サイクルに含まれる放熱用熱交換器及び少なくとも1つの被加熱機器の各々に冷却液を循環させる。すなわち、冷媒サイクルがヒートポンプとして機能し、冷媒サイクルで発生した熱により冷却液を加熱し、加熱された冷却液により被加熱機器を加熱することが可能とされている。被加熱機器としては、例えば、ヒータコアを適用することができ、冷媒サイクルによって発生した熱により暖房することが可能となる。

0008

吸熱用熱交換器は、冷却液が循環され、かつ外気から冷媒サイクルの冷媒に、直接的または間接的に吸熱される。

0009

そして、制御部では、冷却液回路と吸熱用熱交換器とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える切替部が制御される。これにより、吸熱用熱交換器に霜が発生した場合に、切替部によって冷却液回路と吸熱用熱交換器とを連通状態に切替えることができ、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することが可能となる。

0010

なお、請求項2に記載の発明のように、冷却液を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器の各々に冷却液を循環させるための冷却液循環回路を更に備え、制御部が、冷却液回路と冷却液循環回路とを遮断状態及び連通状態の何れかの状態に選択的に切り替える液回路切替部を更に制御してもよい。これにより、冷却液回路の冷却液の熱で吸熱用熱交換器の除霜が完了しない場合でも、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することが可能となり、効率的な除霜が可能となる。また、冷却液回路の冷却液の熱で除霜を完了できない場合に、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して除霜するようにすれば、冷却液回路の冷却液の熱で除霜が完了した場合に冷却液循環回路の冷却液の熱が温存され、暖機運転機器の暖機運転時間を短縮できる。尚、加熱機器と暖気運転機器の両者を兼ね備えた一つの機器で代用することも可能であり、この場合に各々に冷却液を循環させるとは、この兼ね備えた機器に冷却液を循環させることを意味する。

0011

また、請求項3に記載の発明のように、外気温を検出する外気温検出部と、吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、制御部が、外気温検出部及び液温度検出部の各々の検出結果に基づいて吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、冷却液回路と吸熱用熱交換器とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように切替部及び循環部を制御してもよい。これにより、吸熱用熱交換器の除霜が必要な場合には、制御部が切替部を制御することで、冷却液回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することができる。

0012

また、請求項4に記載の発明のように、外気温を検出する外気温検出部と、吸熱用熱交換器を循環する冷却液の温度を検出する液温度検出部と、冷却液を循環させる循環部と、を更に備え、制御部が、外気温検出部及び液温度検出部の各々の検出結果に基づいて吸熱用熱交換器の除霜要否を判断し、除霜が必要な場合に、冷却液回路と吸熱用熱交換器とが連通状態となり、かつ冷却液が循環するように切替部及び循環部を制御した後に、除霜が完了しない場合に、冷却液回路と冷却液循環回路とが連通状態となりかつ冷却液が循環するように液回路切替部及び循環部を制御してもよい。これにより、冷却液回路の冷却液の熱だけでは除霜が完了しない場合に、制御部が液回路切替部を制御することで、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器を除霜することができる。また、冷却液回路の冷却液の熱で除霜を完了できない場合に、冷却液循環回路の冷却液の熱を利用して除霜するので、冷却液循環回路の冷却液の熱が温存され、暖機運転機器の暖機運転時間を短縮できる。

0013

また、請求項5に記載の発明のように、液温度検出部が、吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出し、制御部が、外気温検出部の検出結果が予め定めた温度より低く、かつ外気温検出部の検出結果と液温度検出部の検出結果とから計算される吸熱用熱交換器の着霜量の値が予め定めた値より大きい場合に、除霜が必要と判断してもよい。

0014

また、請求項6に記載の発明のように、液温度検出部が、吸熱用熱交換器の入口の冷却液の温度を検出する第1液温度検出部と、吸熱用熱交換器の出口の冷却液の温度を検出する第2液温度検出部と、を有し、制御部が、第1液温度検出部の検出結果と第2液温度検出部の検出結果との差が予め定めた値より大きく、かつ第2液温度検出部の検出結果が予め定めた値より小さい場合に、除霜が完了していないと判断してもよい。

0015

また、請求項7に記載の発明のように、制御部は、イグニッションスイッチオフされた場合に、除霜要否を判断して制御を行ってもよい。

0016

なお、本発明は、請求項8に記載の発明のように、コンピュータを、請求項1〜7の何れか1項に記載の制御部として機能させるための車両用冷却液加熱プログラムとしてもよい。

発明の効果

0017

以上説明したように本発明によれば、冷却液の熱を利用して吸熱用熱交換器の除霜が可能となる、という効果がある。

図面の簡単な説明

0018

第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す模式図である。
第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御系の構成を示すブロック図である。
第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置のヒートポンプ運転時の動作状態を示す図である。
第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置のヒートポンプを停止した通常暖房時(エンジンの熱が余剰になった場合)の動作状態を示す図である。
第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の除霜運転時の動作状態を示す図である。
第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
第2実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。
第2実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。
第3実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。

実施例

0019

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10は、冷却液としての冷却水を循環させるための温水回路を複数備えている。具体的には、本実施形態では、図1に示すように、冷却液循環回路としての第1温水回路12、及び冷却液回路としての第2温水回路14を備えた例を説明する。

0020

第1温水回路12は、加熱機器及び暖機運転機器としてのエンジン16を冷却水が循環する循環路であり、循環部としてのエンジンウォータポンプ(W/P)20によって冷却水が循環される。エンジン16内は、ウォータジャケット内を冷却水が循環する。詳細には、第1温水回路12には、冷却水の熱を放熱する熱交換器としての第1ラジエタ18がサーモスタット22を介して接続されて、サーモスタット22の開閉に応じて第1ラジエタ18へ冷却水が循環される。すなわち、冷却水の冷却が必要となる予め定めた温度以下では、サーモスタット22が閉鎖状態となり、第1ラジエタ18への冷却水の循環が行われず、バイパス経路BPを冷却水が流れることでエンジン16内を冷却水が循環する。そして、冷却水の温度が予め定めた温度を超えた場合に、サーモスタット22が開放されて第1ラジエタ18へ冷却水が循環されて放熱される。なお、第1温水回路12のエンジンウォータポンプ20は、エンジン16の駆動によって動作する機械式のウォータポンプを適用してもよいし、電気的に動作する電動ウォータポンプを適用してもよい。本実施形態では、電気式のウォータポンプを適用した例として説明する。また、サーモスタット22についても電気式のものを適用してもよいし、機械式のものを適用してもよい。なお、第1温水回路12には、冷却水の温度を検出する水温センサ(図示省略)が設けられている。水温センサは、例えば、エンジンブロックや、エンジンブロックに接続された循環路、サーモスタット22が収納されるサーモスタットハウジング等に設けられる。

0021

一方、第2温水回路14は、車両に搭載された各種機器を冷却水が循環する循環路であり、冷却水と熱交換可能な機器が設けられている。本実施形態では、図1に示すように、発熱機器24、被加熱機器としての機器26、及び放熱用熱交換器としての水冷コンデンサ28の3つの機器が第2温水回路14に設けられた例を示す。なお、発熱機器24として、例えば、排熱回収器や、EGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラトランスミッション(T/M)、機器26として車室内を暖房するためのヒータコアを一例として適用することができる。

0022

また、第2温水回路14は、液回路切替部としての第1電磁弁30を介して第1温水回路に接続されており、第1電磁弁30によって第1温水回路12と第2温水回路14とが連通状態及び遮断状態の何れかに選択的に切替可能とされている。

0023

また、第2温水回路14においても、循環部としてのウォータポンプ(W/P)32が設けられており、第2温水回路14内の冷却水の循環がウォータポンプ32を駆動することにより行われる。特に、第1電磁弁30によって第1温水回路12と第2温水回路14とが遮断状態とされた場合に、ウォータポンプ32によって第2温水回路14内の冷却水の循環が行われる。第1電磁弁30が連通状態の場合には、エンジンウォータポンプ20によって冷却水を循環可能であるので、ウォータポンプ32は駆動してもしなくてもよい。

0024

水冷コンデンサ28は、後述する冷媒サイクル40に含まれる熱交換器であり、水冷コンデンサ28によって冷却水の加熱が可能とされている。

0025

また、第2温水回路14には、切替部としての4方弁34を介して第2ラジエタ36が接続され、冷却水が第2ラジエタ36へ循環可能とされている。すなわち、4方弁34によって第2温水回路14と第2ラジエタ36とが連通状態及び遮断状態の何れかに選択的に切替可能とされている。

0026

また、第2ラジエタ36への循環路にはウォータポンプ(W/P)38及び冷媒サイクル40に含まれるチラー42が設けられており、4方弁34が閉鎖されていても第2ラジエタ36及びチラー42を通る循環路中の冷却水の循環が可能とされている。なお、第2ラジエタ36は4方弁34の切り替え位置によって加熱用吸熱用交換器に対応し、チラー42は吸熱用熱交換器に対応する。

0027

また、第2ラジエタ36または第2ラジエタ36の循環路には、第2ラジエタ36の入口の水温を検出する第1水温センサ56、及び第2ラジエタ36の出口の水温を検出する第2水温センサ58が設けられている。なお、第1水温センサ56及び第2水温センサ58は液温度検出部に対応し、第1水温センサ56は第1液温度検出部に対応し、第2水温センサ58は第2液温度検出部に対応する。

0028

冷媒サイクル40は、チラー42、圧縮機としてのコンプレッサ44、水冷コンデンサ28、第2電磁弁46、第1膨張弁48、エバポレータ50、第3電磁弁52、及び第2膨張弁54を含み、ヒートポンプとして機能可能とされている。本実施形態では、第2電磁弁46を閉鎖して第3電磁弁52を開放することでヒートポンプとして機能する。すなわち、コンプレッサ44によって冷媒を圧縮し、水冷コンデンサ28で凝縮、第2膨張弁54により凝縮された冷媒を膨張して冷媒を循環させることで、圧縮された冷媒の熱を水冷コンデンサ28で放熱して冷却水が加熱される。また、膨張された冷媒にチラー42で冷却水から熱を吸熱させることで冷却水が冷却される。

0029

図2は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10の制御系の構成を示すブロック図である。

0030

本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10は、上述のエンジンウォータポンプ(以下、ENGウォータポンプ)20、ウォータポンプ32、38、第1電磁弁30、第2電磁弁46、第3電磁弁52、及び4方弁34等を制御する制御部60を備えている。

0031

制御部60は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)等を含むマイクロコンピュータで構成されている。

0032

制御部60には、上述の第1水温センサ56、第2水温センサ58、外気温センサ62、ENGウォータポンプ20、ウォータポンプ32、38、4方弁用アクチュエータ64、電磁弁用アクチュエータ66、及びコンプレッサ44が接続されている。なお、電磁弁用アクチュエータ66は、図2では1つのみを示すが、第1電磁弁30、第2電磁弁46、及び第3電磁弁52のそれぞれに対応して設けられているものとする。

0033

第1水温センサ56は、上述のように、第2ラジエタ36の入口の水温を検出し、第2水温センサ58は、第2ラジエタ36の出口の水温を検出し、外気温センサ62は、外気温を検出し、それぞれ検出結果を制御部60に出力する。なお、外気温センサ62は外気温検出部に対応する。また、本実施形態では、外気温センサ62が制御部60に直接接続された例を示すが、空調装置等の他の装置を介して外気温の検出結果を取得してもよい。

0034

ENGウォータポンプ20は、上述したように、エンジン16に設けられ、駆動されることにより、循環路に沿って冷却水を循環させる。

0035

ウォータポンプ32は、駆動されることにより、第2温水回路14の冷却水を循環させ、ウォータポンプ38は、駆動されることにより、第2ラジエタ36を通る循環路の冷却水を循環させる。

0036

4方弁用アクチュエータ64は、4方弁34の開放及び閉鎖を駆動するためのアクチュエータであり、駆動されることにより、第2温水回路14と第2ラジエタ36との連通状態と遮断状態との切替が行われる。

0037

電磁弁用アクチュエータ66は、第1電磁弁30、第2電磁弁46、及び第3電磁弁52のそれぞれの開放及び閉鎖を駆動するためのアクチュエータであり、それぞれの電磁弁が設けられた経路の連通状態と遮断状態との切替が行われる。

0038

コンプレッサ44は、駆動されることにより、冷媒サイクル40の冷媒を圧縮および循環させ、冷媒サイクル40をヒートポンプとして機能させることが可能とされている。

0039

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10の動作例について説明する。

0040

まず、冷媒サイクル40をヒートポンプとして機能させるヒートポンプ運転について説明する。図3は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10のヒートポンプ運転時の動作状態を示す図である。なお、図3では、ヒートポンプ運転時に冷却液が循環している部分を太線で示す。

0041

ヒートポンプ運転は、例えば、暖機運転時等に実施し、図3に示すように、第1電磁弁30、4方弁34、及び第2電磁弁46を閉鎖すると共に、第3電磁弁52を開放する。

0042

冷媒サイクル40は、コンプレッサ44を作動することで、冷媒がチラー42で冷却水から吸熱し、水冷コンデンサ28で冷却水を加熱する。

0043

冷却水側は、チラー42で熱を奪われた冷却水が第2ラジエタ36で外気から吸熱し、再びチラー42に戻って冷却水から冷媒に放熱される。

0044

第2温水回路14では、水冷コンデンサ28で加熱された冷却水は、発熱機器24で受熱して、ウォータポンプ32を介して機器26で加熱し、再び水冷コンデンサ28へと循環する。

0045

第1温水回路12では、エンジン16とバイパス経路BPを冷却水が循環する。図3の状態では、サーモスタット22は閉じた状態とされ、第1ラジエタ18に冷却水は循環していない。

0046

第2ラジエタ36では、外気から冷却水が吸熱するので、外気空気中に含まれる水分が霜となって、第2ラジエタ36の表面に付着し、連続運転によって霜が成長していく。

0047

図4は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10のヒートポンプを停止した通常暖房時(エンジン16の熱が余剰になった場合)の動作状態を示す図である。なお、図4では、通常暖房時に冷却水が循環している部分を太線で示す。

0048

第1温水回路12の水温が十分に上昇し、エンジン16の熱が余剰になった場合は、図4に示すように、第1電磁弁30を開放し、第1温水回路12及び第2温水回路14を連通状態にする。冷却水は、エンジン16、発熱機器24、及び機器26を循環する。このとき、冷媒サイクル40は停止し、第2ラジエタ36の冷却水を循環するウォータポンプ38も停止する。

0049

図5は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10の除霜運転時の動作状態を示す図である。なお、図5では、除霜運転時に冷却水が循環している部分を太線で示す。

0050

本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされ、走行が終了したと判断されて除霜が必要な場合に、第1電磁弁30を作動して第1温水回路12と第2温水回路14とを遮断状態にする。また、4方弁34を作動して第2温水回路14と第2ラジエタ36とを連通状態とする(第1除霜モード)。そして、ウォータポンプ32、38の少なくとも一方を作動して、第2温水回路14の冷却水を第2ラジエタ36に循環させる。第2温水回路14を流れる冷却水の温度は、60℃程度に設定されており、その顕熱を使用して第2ラジエタ36の除霜を行う。すなわち、本実施形態では、4方弁34を備えて第1除霜モードで第2温水回路14と第2ラジエタ36とを連通可能にすることで、冷却水の熱を利用した第2ラジエタ36の除霜を可能にしている。なお、本実施形態では、第1水温センサ56及び第2水温センサ58の検出結果に基づいて、除霜完了を判断するようになっている。

0051

第2温水回路14を循環する冷却水の温度が、例えば、0℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、本実施形態では、第1電磁弁30を開放して、第1温水回路12と第2温水回路14とを連通状態にして第1温水回路12の冷却水の熱を用いて除霜を行う(第2除霜モード)。すなわち、本実施形態では、4方弁34に加えて第1電磁弁34を更に備え、第2ラジエタ36が連通された第2温水回路14と第1温水回路12とを連通可能にすることで、第1温水回路12の冷却液の熱を利用した第2ラジエタ36の除霜を可能にしている。なお、第2除霜モードでは、ENGウォータポンプ20、及びウォータポンプ32、38の少なくとも1つを作動することで冷却水を循環させる。

0052

本実施形態では、一般的なコンプレッサ動力を使用した除霜ではなく、運転後の残った温水(冷却水)の熱を使用して除霜するため、除霜のためのエネルギ消費をゼロにすることが可能である。換言すれば、放っておけばいずれ冷めてしまう温水の顕熱を有効利用して除霜することができる。

0053

また、第1温水回路12の冷却水はエンジン16の内部を循環するため、再始動を考慮してなるべく温度を高い状態に維持しておきたい。そこで、第1除霜モードにより第1温水回路12の冷却水の熱を温存して除霜を行うことで、再始動時のフリクション低減や、燃焼定性を良好な状態でエンジン16を再始動することが可能となる。

0054

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10の制御部60で行われる具体的な処理について説明する。図6は、第1実施形態に係る車両用冷却液加熱装置10の制御部60で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。

0055

テップ100では、制御部60が、外気温センサ62、第1水温センサ56、及び第2水温センサ58の検出結果を取得することにより、外気温(Tamb)及び水温(TWout、TWin)を取得してステップ102へ移行する。

0056

ステップ102では、制御部60が、第2ラジエタ36の着霜量(Gice)を計算してステップ104へ移行する。着霜量は、着霜量の値としてGice=Tamb−TWoutに基づいて計算する。なお、本実施形態では、着霜量の値を外気温と第2ラジエタ36の出口の冷却水の温度とに基づいて計算するが、これに限るものではなく、例えば、外気温と第2ラジエタ36を流れる冷却水の温度とに基づいて着霜量に対応する値を計算してもよい。

0057

ステップ104では、制御部60が、第2ラジエタ36の着霜量が所定値より大きい(Gice>所定値)か否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ100に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ106へ移行する。

0058

ステップ106では、制御部60が、外気温が所定値より低いか否かを判定する。該判定は、例えば、外気温が低く第2ラジエタ36の霜が溶ける温度より低いか否かを判定し、該判定が否定された場合にはステップ100に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合にはステップ108へ移行する。すなわち、ステップ104及びステップ106で第2ラジエタ36の除霜の要否を判断する。なお、除霜の要否の判断は、これに限るものではなく、例えば、第2ラジエタの表面温度を検出して表面温度で判断してもよいし、他の条件を用いて判断してもよい。

0059

ステップ108では、制御部60が、イグニッションスイッチ(IG)がオフされたか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ100に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定された場合には第2ラジエタ36の除霜が必要と判断してステップ110へ移行する。

0060

ステップ110では、制御部60が第1除霜モードを開始してステップ112へ移行する。すなわち、制御部60が、第1温水回路12と第2温水回路14とが遮断状態になるよう第1電磁弁30を制御すると共に、第2温水回路14と第2ラジエタ36とが連通状態になるよう4方弁34を制御する。そして、ウォータポンプ32、38の少なくとも一方を作動する。これにより、図5に示すように、第2温水回路14と第2ラジエタ36が接続されて、第2温水回路14の顕熱を利用して第2ラジエタ36を除霜することができる。

0061

ステップ112では、制御部60が、第1水温センサ56の検出結果から第2水温センサ58の検出結果の差分を算出して所定値(実験等により予め定めた値)より大きいか(TWin-TWout>所定値)を判定する。該判定は、除霜が未完了であるか否かを判定する。第2ラジエタ36に霜が残っている場合には、第2ラジエタ36の入口の水温と出口の水温の差が所定値より大きくなるので、所定値より大きいか否かを判定することで除霜が未完了であるか否かを判定する。該判定が肯定された場合には、ステップ114へ移行し、否定された場合にはステップ122へ移行する。

0062

ステップ114では、制御部60が、第2水温センサ58の検出結果が所定値(実験等により予め定めた値)より高い(TWout>所定値)か否かを判定する。該判定は、第2ラジエタ36の出口の水温が、霜が溶ける所定値(例えば、5℃)より高いか否かを判定する。該判定が肯定された場合にはステップ116へ移行し、否定された場合にはステップ118へ移行する。

0063

ステップ116では、制御部60が、外気温センサ62、第1水温センサ56、及び第2水温センサ58の検出結果を取得することにより、外気温(Tamb)及び水温(TWout、TWin)を取得してステップ112に戻って上述の処理を繰り返す。

0064

ステップ118では、制御部60が、第1除霜モード作動中であるか否かを判定し、該判定が肯定された場合にはステップ120へ移行し、否定された場合にはステップ122へ移行する。

0065

ステップ120では、制御部60が、第2除霜モードを開始してステップ112に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部60が、第1温水回路12と第2温水回路14とが連通状態になるよう第1電磁弁30を制御する。そして、ENGウォータポンプ20、及びウォータポンプ32、38の少なくとも1つを作動する。これにより、第2温水回路14の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第1温水回路12の冷却水の顕熱を用いて第2ラジエタ36を除霜することができる。

0066

ステップ122では、制御部60が、作動中のウォータポンプ停止等の終了処理を行ってシステムを停止して一連の処理を終了する。

0067

このように処理を行うことにより、第2ラジエタ36の除霜が必要な場合に、まず第1除霜モードで第2温水回路14の顕熱を利用して除霜を行い、除霜が未完了の場合は第2除霜モードで第1温水回路12の顕熱を利用して除霜を行うことができる。これにより、一般的なコンプレッサ動力を使用した除霜ではなく、運転後の残った温水(冷却水)の熱を使用して除霜するため、除霜のためのエネルギ消費をゼロにすることができる。また、第1除霜モードで除霜が完了した場合には、第1温水回路12の冷却水の熱が温存されるので、再始動時のフリクション低減や、燃焼安定性を良好な状態でエンジン16を再始動することができると共に、暖機運転時間を短縮して燃費向上が可能となる。

0068

なお、本実施形態では、第1除霜モード及び第2除霜モードが可能な例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、第1除霜モードのみが可能な形態としてもよい。また、本実施形態では、ステップ112及びステップ114において第1除霜モードで除霜が完了していないことを判断したが、判断条件は上記に限るものではない。例えば、第2ラジエタ36の出入口の冷却水の温度差と、外気温とから判断してもよいし、他の条件を用いて判断してもよい。

0069

(第2実施形態)

0070

第2実施形態は、第1実施形態に対して第3温水回路を追加したものである。図7は、第2実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。なお、第1実施形態と同一部位については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

0071

本実施形態では、上記の実施形態の第2温水回路14と第2ラジエタ36との間に、第3温水回路70を更に備えている。また、上記の実施形態では、第2温水回路14に水冷コンデンサ28を設けたが、本実施形態では、第3温水回路70に水冷コンデンサ28が設けられている。

0072

第3温水回路70は、第2温水回路14と4方弁34を介して接続されると共に、第2ラジエタ36と4方弁72を介して接続されている。

0073

第3温水回路70には、被加熱機器としての機器B74及びウォータポンプ76が設けられており、水冷コンデンサ28と機器B74とを冷却水が循環するようになっている。機器B74としては、例えば、電池やトランスミッション等を適用でき、電池の温度やトランスミッションのオイルの温度等を冷却水で調整することができる。

0074

また、上記の実施形態では、第1除霜モード及び第2除霜モードにより除霜したが、本実施形態では、第1〜第3除霜モードにより除霜を行う。

0075

第1除霜モードでは、第3温水回路70の顕熱を利用して第2ラジエタ36を除霜する。また、第2除霜モードでは、第1除霜モードで除霜が完了しない場合に、第2温水回路14の顕熱を利用して第2ラジエタ36を除霜する。そして、第3除霜モードでは、第2除霜モードで除霜が完了しない場合に、第1温水回路12の顕熱を利用して第2ラジエタを除霜する。

0076

具体的には、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた場合に、第1電磁弁30を作動して第1温水回路12と第2温水回路14とを遮断状態にすると共に、4方弁34を作動して第2温水回路14と第3温水回路70とを遮断状態にする。また、4方弁72を作動して第3温水回路70と第2ラジエタ36とを連通状態にしてする(第1除霜モード)。そして、ウォータポンプ38、76の少なくとも一方を作動して、第3温水回路70の冷却水を第2ラジエタ36に循環させる。

0077

続いて、第3温水回路70を循環する冷却水の温度が、例えば、0℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、4方弁34も開放して、第2温水回路14と第3温水回路70とを連通状態にする。そして、ウォータポンプ32、38、76の少なくとも一つを作動して、第2温水回路14の冷却水を第2ラジエタ36に循環させて、第2温水回路14の冷却水の熱を用いて除霜を行う(第2除霜モード)。

0078

次に、第2温水回路14を循環する冷却水の温度が、例えば、0℃以下となり、これ以上の除霜が不可能となり、また、除霜も完了していない場合に、第1電磁弁30も開放して、第1温水回路12と第2温水回路14とを連通状態にする。そして、ENGウォータポンプ20、及びウォータポンプ32、38、76の少なくとも一つを作動して、第1温水回路12の冷却水を第2ラジエタ36に循環させて、第1温水回路12の冷却水の熱を用いて除霜を行う(第3除霜モード)。

0079

なお、本実施形態では、第3温水回路70が冷却液回路に対応し、第2温水回路14が冷却液循環回路に対応し、発熱機器24が加熱機器に対応し、ウォータポンプ32、38、76が循環部に対応する。また、本実施形態では、4方弁72及び4方弁72を駆動する4方弁用アクチュエータ64が切替部に対応し、4方弁34及び4方弁34を駆動する4方弁用アクチュエータ64が液回路切替部に対応する。また、例えば、機器26としてヒータコアを適用した場合には暖機運転が終了しないと暖房として機能せず暖機運転が必要であるため、本実施形態では暖機運転機器に対応するものとする。

0080

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部60で行われる具体的な処理について説明する。図8は、第2実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の制御部60で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、上記の実施形態と同一処理については同一符号を付し省略し、差異のみを説明する。

0081

ステップ108の判定が肯定されると上記ステップ110の代わりにステップ111が行われる。ステップ111では、制御部60が第1除霜モードを開始してステップ112へ移行する。すなわち、制御部60が、第1温水回路12と第2温水回路14とが遮断状態になるよう第1電磁弁30を制御すると共に、第2温水回路14と第3温水回路70とが遮断状態になるように4方弁34を制御する。そして、第3温水回路70と第2ラジエタ36とが連通状態となるよう4方弁72を制御して、ウォータポンプ38、76の少なくとも一方を作動する。これにより、第3温水回路70と第2ラジエタ36が接続されて、第3温水回路70の顕熱を利用して第2ラジエタ36を除霜することができる。

0082

また、ステップ118の判定が肯定されるとステップ120の代わりにステップ119が行われる。ステップ118では、制御部60が、第2除霜モードを開始してステップ112に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部60が、4方弁72の開放を維持したまま第2温水回路14と第3温水回路とが連通状態になるよう4方弁34を制御する。そして、ウォータポンプ32、38、76の少なくとも1つを作動する。これにより、第3温水回路70の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第2温水回路14の冷却水の顕熱を用いて第2ラジエタ36を除霜することができる。

0083

また、ステップ118の判定が否定されるとステップ121へ移行して、制御部60が、第2除霜モード作動中であるか否かを判定し、該判定が肯定された場合にはステップ123へ移行し、否定された場合にはステップ122へ移行する。

0084

ステップ123では、制御部60が、第3除霜モードを開始してステップ112に戻って上述の処理を繰り返す。すなわち、制御部60が、4方弁34、72の開放を維持したまま第1温水回路12と第2温水回路14とが連通状態になるよう第1電磁弁30を制御する。そして、ENGウォータポンプ20、及びウォータポンプ32、38、76の少なくとも1つを作動する。これにより、第2温水回路14及び第3温水回路70の顕熱だけでは除霜できなかった場合に、第1温水回路12の冷却水の顕熱を用いて第2ラジエタ36を除霜することができる。

0085

なお、本実施形態では、第1〜第3除霜モードを行う例を説明したが、第3除霜モードは行わない形態として、エンジン16の再始動時の機械損失最大限低減可能な形態としてもよい。

0086

(第3実施形態)

0087

上記の実施形態では、チラー42を介して間接的に第2ラジエタ36の循環路の冷却水と冷媒との間で熱交換する構成を説明したが、本実施形態は、チラー42の機能を備えた室外熱交換器を第2ラジエタ36の代わりに設けた例である。図9は、第3実施形態に係る車両用冷却液加熱装置の概略構成を示す図である。なお、第1実施形態と同一部位については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

0088

本実施形態では、第1実施形態における第2ラジエタ36の代わりに吸熱用熱交換器としての室外熱交換器80を設けると共に、チラー42を省略して、室外熱交換器80に冷媒サイクル40の冷媒を循環可能にしたものである。すなわち、室外熱交換器80の循環路の冷却水と冷媒との間で直接的に熱交換可能にしたものである。本実施形態では、室外熱交換器80が冷媒サイクル40の冷媒が流れて外気から吸熱する方式のヒートポンプとして機能し、室外熱交換器80は冷却水の熱によって除霜することが可能とされている。

0089

このように構成しても、第1実施形態と同様に、処理を行うことで第1実施形態と同様の効果を得ることができる。

0090

なお、第3実施形態は、第2実施形態のように、第3温水回路70を更に備える構成としてもよい。

0091

また、上記の各実施形態では、各除霜モード時にウォータポンプを駆動して冷却水を循環するようにしたが、これに限るものではなく、温度差により若干の対流が見込める場合には、ウォータポンプを駆動しない形態としてもよい。

0092

また、第1実施形態では、冷却水を加熱する加熱機器及び暖機運転が必要な暖機運転機器としてエンジン16を一例として説明したが、これに限るものではなく、加熱機器と運転機器とは、それぞれ別々の機器としてもよい。

0093

また、上記の各実施形態では、イグニッションスイッチがオフされた場合(ステップ108が肯定された場合)に、除霜する例(第1除霜モード及び第2除霜モードを行う例)を説明したが、これに限るものではない。例えば、ステップ108の代わりに、ナビゲーション装置からの情報を元に、乗員が暖房を必要としない予め定めた位置(例えば、自宅等)への到着を検出したか否かを判定し、判定が肯定された場合に除霜するように構成してもよい。或いは、ステップ108の代わりに、イグニッションスイッチオフ後に、予め定めた時間経過後に、ナビゲーション装置から得られる車両位置情報時刻情報とに基づいて今後の車両の再使用までの時間を予測して除霜を開始するか否かを判定してもよい。具体的には、予測した再使用までの時間が、実験等により外気温に応じて予め定めた時間(第1温水回路12の冷却水が暖機運転が必要な温度になるまでの時間等)より短い場合に除霜を開始してもよい。

0094

また、上記の実施形態における制御部60で行われる処理は、プログラムを実行することにより行われるソフトウエア処理としてもよいし、ハードウエアで行う処理としてもよい。或いは、ソフトウエア及びハードウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。また、ROMに記憶されるプログラムは、各種記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

0095

さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

0096

10車両用冷却液加熱装置
12 第1温水回路(冷却液循環回路)
14 第2温水回路(冷却液回路)
16エンジン(加熱機器及び暖機運転機器)
20 ENGウォータポンプ(循環部)
24発熱機器(加熱機器)
26 機器(被加熱機器及び暖機運転機器)
28水冷コンデンサ(放熱用熱交換器)
30 第1電磁弁(液回路切替部)
32、38、76 ウォータポンプ(循環部)
34 4方弁(切替部及び液回路切替部)
72 4方弁(切替部)
36 第2ラジエタ(吸熱用熱交換器)
40冷媒サイクル
42チラー(吸熱用熱交換器)
44コンプレッサ(圧縮機)
56 第1水温センサ(液温度検出部及び第1液温度検出部)
58 第2水温センサ(液温度検出部及び第2液温度検出部)
60 制御部
62外気温センサ(外気温検出部)
64 4方弁用アクチュエータ(切替部及び液回路切替部)
66電磁弁用アクチュエータ(液回路切替部)
70 第3温水回路(冷却液回路)
74 機器B(被加熱機器)
80室外熱交換器(吸熱用熱交換器)

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