特開 2024-176208 冷却システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024176208

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 5/02 20060101AFI20241212BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

F25B5/02 B

F25B1/00 399Y

F25B5/02 530Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094583

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 経雄

(74)【代理人】

【氏名又は名称】田渕 智雄

(72)【発明者】

【氏名】星野 優

(57)【要約】

【課題】エアコン冷媒流路がエバポレータに向かう第１流路とチラーに向かう第２流路を有する場合であっても、コンデンサの放熱量を低減するためにエバポレータの温度が上げられる際にコンデンサ放熱量の上昇を抑制できる、冷却システムの提供。
【解決手段】第１流路３０にエアコン冷媒が流れる冷房運転モードで、かつ、第２流路４０にもエアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、エバポレータ３２の温度を上げ、第２膨張弁４１の開度の上限を固定する。エバポレータ３２の温度を上げるため、エアコン負荷を低減させることができ、コンデンサ２２の放熱量を低減させることができる。第２膨張弁４１の開度の上限を固定するため、第２膨張弁４１を流れるエアコン冷媒の流量の上限を固定することができ、それによって、エアコン冷媒がチラー４２へ流れる量を抑えてチラー４２での熱交換率を抑えることができ、コンデンサ２２の放熱量の上昇を抑制できる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアコン冷媒が流れる冷媒流路が、第１膨張弁およびエバポレータに向かう第１流路と、前記第１流路と並列に配置されており第２膨張弁およびチラーに向かう第２流路と、を有しており、前記エアコン冷媒を用いて電池冷却水を前記チラーで冷却することで電池冷却を実施可能な冷却システムであって、
前記第１流路に前記エアコン冷媒が流れる冷房運転モードであり、かつ、前記第２流路にも前記エアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、前記エバポレータの温度を上げるとともに、前記第２膨張弁の開度の上限を固定することを特徴とする冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車室内の冷房と電池冷却水の冷却をエアコン冷媒を用いて行う、車両の冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジン冷却水の水温（以下、エンジン水温ともいう）や、モータやＰＣＵ（Power Control Unit）などの冷却水の水温（以下、ＨＶ水温ともいう）が高い場合に、エアコン冷媒が流れる流路に設けられるエバポレータの温度を上げてエアコン負荷を下げ、エアコン冷媒流路に設けられるコンデンサの放熱量を低減させる技術がある（例えば、特許文献１）。

【0003】

ところで、二次電池を有するＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）やＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）では、エアコン冷媒流路が、エバポレータに向かう第１流路と、第１流路と並列に配置されており電池冷却水を冷却するチラーに向かう第２流路と、を有するものがある。これに上記従来技術を適用させて、エンジン水温やＨＶ水温が高い場合にエバポレータの温度を上げても、第２流路にエアコン冷媒を流す冷房電池モードでは、エバポレータの温度を上げた分相対的にチラーの方で熱交換能力が上がってしまい、結局コンデンサの放熱量がさほど変わらないおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１９５０３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、エアコン冷媒流路がエバポレータに向かう第１流路とチラーに向かう第２流路を有する場合であっても、コンデンサの放熱量を低減するためにエバポレータの温度が上げられる際にコンデンサ放熱量の上昇を抑制できる、冷却システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） エアコン冷媒が流れる冷媒流路が、第１膨張弁およびエバポレータに向かう第１流路と、前記第１流路と並列に配置されており第２膨張弁およびチラーに向かう第２流路と、を有しており、前記エアコン冷媒を用いて電池冷却水を前記チラーで冷却することで電池冷却を実施可能な冷却システムであって、
前記第１流路に前記エアコン冷媒が流れる冷房運転モードであり、かつ、前記第２流路にも前記エアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、前記エバポレータの温度を上げるとともに、前記第２膨張弁の開度の上限を固定することを特徴とする冷却システム。

【発明の効果】

【0007】

上記（１）の冷却システムでは、第１流路にエアコン冷媒が流れる冷房運転モードであり、かつ、第２流路にもエアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、エバポレータの温度を上げるとともに、第２膨張弁の開度の上限を固定するため、つぎの効果を得ることができる。
エバポレータの温度を上げるため、エアコン負荷（冷房負荷）を低減させることができ、コンデンサの放熱量を低減させることができる。また、第２膨張弁の開度の上限を固定するため、第２膨張弁を流れるエアコン冷媒の流量の上限を固定することができ、それによって、エアコン冷媒がチラーへ流れる量を抑えコンデンサの放熱量が上昇することを抑制できる。よって、エアコン冷媒の流路が、エバポレータに向かう第１流路と、第１流路と並列に配置されておりチラーに向かう第２流路と、を有する場合であっても、コンデンサの放熱量を低減するためにエバポレータの温度が上げられる際に、コンデンサ放熱量の上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明実施例の冷却システムの構成図である。

【図2】本発明実施例の冷却システムの制御フローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、図面を参照して、本発明実施例の冷却システム１０を説明する。

【0010】

冷却システム１０が搭載される車両は、ＰＨＥＶである。ただし、ＢＥＶであってもよい。

【0011】

冷却システム１０は、図１に示すように、エアコン冷媒が流れる冷媒流路Ｐ１が、第１膨張弁３１およびエバポレータ３２に向かう第１流路３０と、第１流路３０と並列に配置されており第２膨張弁４１およびチラー４２に向かう第２流路４０と、を有しており、エアコン冷媒を用いて電池冷却水をチラー４２で冷却することで電池（バッテリ）Ｖの冷却を実施可能な冷却システムである。

【0012】

エアコン冷媒は、冷凍サイクル５０によって冷媒流路Ｐ１を循環可能となっている。冷凍サイクル５０は、エアコン冷媒が流れる冷媒流路Ｐ１として、共通流路２０と、第１流路３０と、第２流路４０と、を有する。

【0013】

共通流路２０には、コンプレッサ２１とコンデンサ２２が配置されている。コンプレッサ２１は、冷凍サイクル５０を循環するエアコン冷媒を圧縮して吐出する。この吐出圧はコンプレッサ２１の下流側でコンデンサ２２の上流側に配置される圧力センサ２３で検知可能となっている。コンデンサ２２は、コンプレッサ２１から吐出されるエアコン冷媒と車室外空気との間で熱交換してエアコン冷媒を冷却する。コンプレッサ２１とコンデンサ２２は、冷凍サイクル５０にそれぞれ１つのみ設けられている。

【0014】

第１流路３０は、コンデンサ２２の下流側にある分岐部２４より下流側で、コンプレッサ２１の上流側にある合流部２５より上流側にあり、第１膨張弁３１およびエバポレータ３２が配置されている流路である。第１膨張弁３１は、電気式の膨張弁である。なお、図中の符号３３は、エバポレータ３２の下流側のエアコン冷媒温度を検知するための温度センサであり、符号３４は、エバポレータ３２の下流側でコンプレッサ２１の上流側に配置されてコンプレッサ２１の吸込み圧力が一定値以下になるように調節する蒸発圧力調整弁（ＥＰＲ）である。

【0015】

冷房運転モードにあるときには、共通流路２０を流れてきたエアコン冷媒が第１流路３０に流れる。そして、第１流路３０に流れるエアコン冷媒は、第１膨張弁３１によって減圧されるとともに流量調整された後、エバポレータ３２に流れる。エバポレータ３２では、エアコン冷媒が周囲の空気から熱を奪い、エバポレータ３２の周囲の空気が冷やされる。この空気を車室内に流出させることにより、車室内冷房が実施される。

【0016】

第２流路４０は、第１流路３０と並列に配置される流路であり、分岐部２４より下流側で合流部２５より上流側にあり、第２膨張弁４１およびチラー４２が配置されている流路である。第２膨張弁４１は、電気式の膨張弁である。なお、図中の符号４３は、チラー４２の下流側のエアコン冷媒温度を検知するための温度センサである。

【0017】

第２流路４０は、電池Ｖの温度が上昇した際に、エアコン冷媒を用いて電池冷却水を冷却させることで電池Ｖを冷却するための流路である。電池冷却水が循環する冷却水回路Ｐ２には、電池Ｖとチラー４２に加えて、電池冷却水を圧縮して吐出するウォータポンプ６０が配置されており、このウォータポンプ６０の作用により電池冷却水が冷却水回路Ｐ２を循環可能となっている。なお、電池Ｖの温度は、電池Ｖに取付けられる図示略の温度センサで検知可能とされている。ただし、電池Ｖの温度は、冷却水回路Ｐ２に電池Ｖの下流側でウォータポンプ６０の上流側に配置される水温センサ６１を用いて検知可能とされていてもよい。

【0018】

電池冷却水を冷却させて電池Ｖを冷却させる冷房電池モードにあるときには、共通流路２０を流れてきたエアコン冷媒が第２流路４０に流れる。そして、第２流路４０に流れるエアコン冷媒は、第２膨張弁４１によって減圧されるとともに流量調整された後、チラー４２に流れる。チラー４２では、エアコン冷媒と電池冷却水との間で熱交換が行われ、電池冷却水が冷やされる。この冷やされた電池冷却水を電池Ｖに流すことで電池Ｖの冷却が実施される。なお、冷却水回路Ｐ２には、チラー４２の下流側で電池Ｖの上流側に水温センサ６２が配置されており、この水温センサ６２を用いてチラー４２の下流側の電池冷却水温を検知可能とされている。

【0019】

本発明では、従来と同様に、冷房運転モードにあるときであって図示略のエンジン水温もしくは図示略のＨＶ水温が高い場合に、第１流路３０にあるエバポレータ３２の目標温度を上げてエアコン負荷を下げ、コンデンサ２２の放熱量を低減させるようになっている。
しかし、電池Ｖの温度が高く第２流路４０にもエアコン冷媒が流れる冷房電池モードにあるときには、エバポレータ３２の温度を上げた分相対的にチラー４２の方で熱交換能力が上がってしまい、結局コンデンサ２２の放熱量がさほど変わらないシーンが発生するおそれがある。
そこで、本発明では、第１流路３０にエアコン冷媒が流れる冷房運転モードであり、かつ、第２流路４０にもエアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、エバポレータ３２の温度を上げるとともに、第２膨張弁４１の開度の上限を固定するようになっている。
この制御は、冷却システム１０の構成要素である制御装置７０にて実行可能となっている。制御装置７０には、出力側に、エバポレータ３２と第２膨張弁４１が接続されている。

【0020】

なお、第２膨張弁４１の開度の上限を固定するのは、第２膨張弁４１を流れるエアコン冷媒の流量の上限を固定することができ、それによって、エアコン冷媒がチラー４２へ流れる量を抑えコンデンサ２２の放熱量が上昇することを抑制できるからである。

【0021】

図２は、本発明の冷却システム１０における制御装置７０の制御フローチャートである。図２に示す制御は、第１流路３０にエアコン冷媒が流れる冷房運転モードにあるときに、所定時間間隔で実行される。

【0022】

まず、ステップＳ１で、制御装置７０で、エンジン水温もしくはＨＶ水温が所定値より高いか否かを判定する。そして、ステップＳ１で所定値以下であると判定した場合には、ステップＳ５に進み、何もせずそのままエンドステップに進む。一方、ステップＳ１で所定値より高いと判定した場合には、ステップＳ２に進む。

【0023】

ステップＳ２では、第２流路４０にエアコン冷媒が流れる冷房電池モードにあるか否かを判定する。そして、ステップＳ２で冷房電池モードには無いと判定した場合には、ステップＳ４に進み、エバポレータ３２の目標温度を所定量上げる信号をエバポレータ３２に出力し、エンドステップに進む。一方、ステップＳ２で冷房電池モードにあると判定した場合には、ステップＳ３に進み、エバポレータ３２の目標温度を所定量上げる信号をエバポレータ３２に出力するとともに、第２膨張弁４１の開度の上限を所定値（％）に固定する信号を第２膨張弁４１に出力し、エンドステップに進む。

【0024】

つぎに、本発明実施例の作用、効果を説明する。
本発明実施例では、第１流路３０にエアコン冷媒が流れる冷房運転モードであり、かつ、第２流路４０にもエアコン冷媒が流れる冷房電池モードである場合に、エバポレータ３２の温度を上げるとともに、第２膨張弁４１の開度の上限を固定するため、つぎの効果を得ることができる。
エバポレータ３２の温度を上げるため、エアコン負荷（冷房負荷）を低減させることができ、コンデンサ２２の放熱量を低減させることができる。また、第２膨張弁４１の開度の上限を固定するため、第２膨張弁４１を流れるエアコン冷媒の流量の上限を固定することができ、それによって、エアコン冷媒がチラー４２へ流れる量を抑えてチラー４２での熱交換率を抑えることができ、コンデンサ２２の放熱量が上昇することを抑制できる。よって、エアコン冷媒の流路が、エバポレータ３２に向かう第１流路３０と、第１流路３０と並列に配置されておりチラー４２に向かう第２流路４０と、を有する場合であっても、コンデンサ２２の放熱量を低減するためにエバポレータ３２の温度が上げられる際に、コンデンサ２２の放熱量の上昇を抑制できる。

【符号の説明】

【0025】

１０ 冷却システム
２０ 共通流路
２１ コンプレッサ
２２ コンデンサ
２４ 分岐部
２５ 合流部
３０ 第１流路
３１ 第１膨張弁
３２ エバポレータ
４０ 第２流路
４１ 第２膨張弁
４２ チラー
５０ 冷凍サイクル
６０ ウォータポンプ
７０ 制御装置
Ｐ１ 冷媒流路
Ｐ２ 冷却水回路
Ｖ 電池

【図1】

【図2】