7813142 車両用熱管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2026-02-03

(45)【発行日】2026-02-12

(54)【発明の名称】車両用熱管理システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 27/02 20060101AFI20260204BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20260204BHJP

   B60H 1/22 20060101ALI20260204BHJP

   F25B 11/02 20060101ALI20260204BHJP

【ＦＩ】

F25B27/02 F

F25B1/00 101J

F25B1/00 399Y

B60H1/22 651A

F25B11/02 A

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2022005581

(22)【出願日】2022-01-18

(65)【公開番号】P2023104539

(43)【公開日】2023-07-28

【審査請求日】2024-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102141

【弁理士】

【氏名又は名称】的場 基憲

(74)【代理人】

【識別番号】100137316

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 宏

(73)【特許権者】

【識別番号】524017168

【氏名又は名称】アンペア エス．ア．エス．

(72)【発明者】

【氏名】森本 達也

(72)【発明者】

【氏名】加藤 崇

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 健介

【審査官】庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９９７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７６５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７４５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０９０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０２７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８４１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０７５５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０００９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－０６０１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０１３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１４－０１０６１３１（ＫＲ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４１６７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００ー４９／０４

Ｂ６０Ｈ １／００ー１／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１発熱体を冷却する第１冷媒を循環させる第１冷却回路と、第２発熱体を冷却する第２冷媒を循環させる第２冷却回路と、第３発熱体を冷却する第３冷媒を循環させる第３冷却回路と、前記第３冷却回路と前記第１冷却回路との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記第３冷却回路と前記第２冷却回路との間で熱交換を行う第２熱交換器とを備え、
前記第３冷却回路が、前記第３冷媒を圧縮する圧縮器と、前記第３冷媒を膨張させる膨張器と、前記第３冷媒の循環経路を切り換える経路切換機構と、前記第３冷媒のエネルギ－を変換する冷媒駆動体と、前記経路切換機構を制御する主制御器とを備え、
前記主制御器は、排熱回収モード時の運転時に前記第３冷媒が前記第１熱交換器を通過し、前記第３冷媒が前記第２熱交換器を通過するように前記経路切換機構を制御することを特徴とする車両用熱管理システム。

【請求項2】

前記冷媒駆動体が、前記第３冷却回路において気化した前記第３冷媒の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンであることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱管理システム。

【請求項3】

前記タービンが、前記第３発熱体の動力軸に連結してあることを特徴とする請求項２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項4】

前記タービンが、前記第１発熱体の動力軸に連結してあることを特徴とする請求項２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項5】

前記タービンが、前記第２発熱体の動力軸に連結してあることを特徴とする請求項２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項6】

前記冷媒駆動体が、前記第３冷却回路の前記第３冷媒を昇圧させる昇圧用ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱管理システム。

【請求項7】

前記昇圧用ポンプが、前記第３発熱体と前記圧縮器との間に配置してあることを特徴とする請求項６に記載の車両用熱管理システム。

【請求項8】

前記昇圧用ポンプの回転軸が、前記圧縮器の回転軸に連結してあることを特徴とする請求項７に記載の車両用熱管理システム。

【請求項9】

前記昇圧用ポンプの回転軸と前記圧縮器の回転軸の間にクラッチ機構を有することを特徴とする請求項８に記載の車両用熱管理システム。

【請求項10】

前記第１熱交換器が、前記第３冷却回路における前記第３発熱体と前記圧縮器との間に配置してあり、
前記第２熱交換器が、前記第３冷却回路における前記圧縮器と前記膨張器との間に配置してあることを特徴とする請求項１に記載の車両用熱管理システム。

【請求項11】

前記第３冷却回路における前記圧縮器の吐出口側に、前記第３冷却回路と前記第１冷却回路との間で熱交換を行う第３熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の車両用熱管理システム。

【請求項12】

前記第３冷却回路が、前記経路切換機構として、
前記第１熱交換器をバイパスする第１バイパス流路、及び前記第１バイパス流路を開閉する第１切換弁と、
前記第２熱交換器をバイパスする第２バイパス流路、及び前記第２バイパス流路を開閉する第２切換弁と、
前記第３熱交換器をバイパスする第３バイパス流路、及び前記第３バイパス流路を開閉する第３切換弁とを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の車両用熱管理システム。

【請求項13】

前記第１冷却回路が、前記第１冷媒の熱放熱を行う第１ラジエータを備えると共に、前記第１ラジエータと前記第１熱交換器との間に、前記第１発熱体をバイパスする第４バイパス流路、及び第４バイパス流路を開閉する第４切換弁を備え、
前記第２冷却回路が、前記第２冷媒の熱放熱を行う第２ラジエータを備えると共に、前記第２ラジエータをバイパスする第５バイパス流路、及び第５バイパス流路を開閉する第５切換弁を備えていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項14】

前記経路切換機構が、前記第３冷却回路において前記第３発熱体と前記圧縮器との間で前記タービンをバイパスする第６バイパス流路、及び前記第６バイパス流路を開閉する第６切換弁を備えていることを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載の車両用熱管理システム。

【請求項15】

前記経路切換機構が、前記第３冷却回路において前記膨張器をバイパスする第７バイパス流路、及び前記第７バイパス流路を開閉する第７切換弁を備えていることを特徴とする請求項３～５のいずれか１項に記載の車両用熱管理システム。

【請求項16】

前記昇圧用ポンプをバイパスする第８バイパス流路、及び前記第８バイパス流路を開閉する第８切換弁を備えたことを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載の車両用熱管理システム。

【請求項17】

前記冷媒駆動体が、前記第３冷却回路において気化した前記第３冷媒の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンであって、前記主制御器が、前記第３冷却回路の冷却モードにおいて、前記第１バイパス流路と、前記第２バイパス流路及び前記第３バイパス流路のいずれか一方とを開放するように前記第１切換弁、前記第２切換弁、及び前記第３切換弁を制御することを特徴とする請求項１２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項18】

前記冷媒駆動体が、前記第３冷却回路において気化した前記第３冷媒の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換するタービンであって、前記主制御器が、前記第３冷却回路の排熱回収モードにおいて、前記第３バイパス流路を開放するように前記第３切換弁を制御することを特徴とする請求項１２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項19】

前記冷媒駆動体が、前記第３発熱体と前記圧縮器との間に配置した昇圧用ポンプであって、前記主制御器が、前記第３冷却回路の冷却モードにおいて、前記第１バイパス流路及び前記第２バイパス流路のうちの少なくとも第１バイパス流路を開放するように前記第１切換弁及び前記第２切換弁を制御することを特徴とする請求項１２に記載の車両用熱管理システム。

【請求項20】

前記冷媒駆動体が、前記第３発熱体と前記圧縮器との間に配置した昇圧用ポンプであって、前記主制御器が、前記第３冷却回路の排熱回収モードにおいて、前記第３バイパス流路を開放するように前記第３切換弁を制御し、冷媒を前記第３発熱体、前記第２熱交換器、前記圧縮器の順に循環させることを特徴とする請求項１２に記載の車両用熱管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等の各種車両に搭載する車両用熱管理システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来において、車両用熱管理システムとしては、蒸気圧縮式冷凍機の名称で、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１に記載のシステムは、モータ及びエンジンを夫々冷却する２つの冷却システムを有し、これらの冷却システム間で熱交換を行うものである。上記のシステムは、不凍液冷媒をポンプで循環させる構造を有するモータ及びエンジンの冷却回路において、モータ及びエンジンの排熱を熱交換器により隣接するバッテリー冷却回路に輸送する。バッテリー冷却回路は、ヒートポンプによる冷凍サイクルを有し、圧力が上昇したヒートポンプ内の冷媒をエジェクタのノズルから噴射し、冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧し且つ膨張させる。

【0003】

そして、上記のシステムは、エジェクタのノズルから噴射する高速度の冷媒流の巻き込み作用により、蒸発した気相冷媒を吸引しながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒を昇圧させると共に、冷凍サイクルの冷媒圧力を上昇させ、これを膨張弁で減圧することにより、蒸発器で外気を低温化してバッテリー冷却回路に供給する。これにより、上記のシステムは、バッテリー冷却回路を冷却して、モータ及びエンジンの排熱回収したエネルギーをヒートポンプの圧力エネルギーに利用して電費の向上を図る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－１７７５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来したような従来のシステムでは、ヒートポンプによる冷凍サイクルを有する冷却システムを用いるものであったため、冷却が不要な状態では、ヒートポンプによる排熱回収の効果が得られないという問題点があった。また、従来のシステムでは、排熱回収ランキンサイクルや、ヒートポンプ冷凍サイクル用として、モータ及びエンジン用のラジエータとは別に空気の放熱部を設ける必要があった。

【0006】

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、複数の発熱体を冷却する車両用冷却システムであって、冷凍サイクルを有するヒートポンプを用いて高い冷却性能を得る機能、及び排熱回収による高い電費性能の機能を、空気への放熱部のサイズを大型化せずに両立させることができる車両用熱管理システムすることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係わる車両用熱管理システムは、第１発熱体を冷却する第１冷媒を循環させる第１冷却回路と、第２発熱体を冷却する第２冷媒を循環させる第２冷却回路と、第３発熱体を冷却する第３冷媒を循環させる第３冷却回路と、第３冷却回路と第１冷却回路との間で熱交換を行う第１熱交換器と、第３冷却回路と第２冷却回路との間で熱交換を行う第２熱交換器とを備えている。第３冷却回路は、冷媒を圧縮する圧縮器と、冷媒を膨張させる膨張器と、冷媒の循環経路を切り換える経路切換機構と、第３冷却回路の第３冷媒のエネルギーを変換する冷媒駆動体と、経路切換機構を制御する主制御器とを備えている。そして、車両用熱管理システムは、主制御器が、排熱回収モード時の運転時に第３冷媒が第１熱交換器を通過し、第３冷媒が第２熱交換器を通過するように経路切換機構を制御することを特徴としている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係わる車両用熱交換システムは、上記構成を採用したことにより、複数の発熱体を冷却する車両用冷却システムにおいて、冷凍サイクルを有するヒートポンプを用いて高い冷却性能を得る機能、及び排熱回収による高い電費性能の機能を両立させることができ、しかも、空気への放熱部のサイズを大型化せずに上記の冷却性能と電費性能を両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の車両用熱管理システムの第１実施形態を示す回路図である。

【図2】図１に示すシステムの冷却モード時の運転を示す回路図である。

【図3】図１に示すシステムの他の冷却モード時の運転を示す回路図である。

【図4】図１に示すシステムの排熱回収モード時の運転を示す回路図である。

【図5】本発明の車両用熱管理システムの第２実施形態を示す回路図である。

【図6】本発明の車両用熱管理システムの第３実施形態を示す回路図である。

【図7】本発明の車両用熱管理システムの第４実施形態を示す回路図である。

【図8】本発明の車両用熱管理システムの第５実施形態を示す回路図である。

【図9】図８に示すシステムの冷却モード時の運転を示す回路図である。

【図10】図８に示すシステムの他の冷却モード時の運転を示す回路図である。

【図11】図８に示すシステムの排熱回収モード時の運転を示す回路図である。

【図12】本発明の車両用熱管理システムの第６実施形態を示す回路図である。

【図13】本発明の車両用熱管理システムの第７実施形態を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

〈第１実施形態〉
図１に示す車両用熱管理システムは、第１発熱体１を冷却する冷媒を循環させる第１冷却回路４と、第２発熱体５を冷却する冷媒を循環させる第２冷却回路８と、第３発熱体９を冷却する冷媒を循環させる第３冷却回路１２とを備えている。また、車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２と第１冷却回路４との間で熱交換を行う第１熱交換器１３と、第３冷却回路と第２冷却回路との間で熱交換を行う第２熱交換器とを備えている。

【0011】

さらに、第３冷却回路１２は、冷媒を圧縮する圧縮器１１と、冷媒を膨張させる膨張器１０とで冷凍サイクルを構成すると共に、冷媒の循環経路を切り換える経路切換機構を備えている。そして、車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２の冷媒を循環駆動する冷媒駆動体と、経路切換機構を制御する主制御器５０とを備えている。

【0012】

一例として、第１発熱体１はモータ、第２発熱体５はエンジン、第３発熱体９は発電機である。この場合、第１冷却回路４及び第２冷却回路８で循環する冷媒は水である。第３冷却回路１２で循環する冷媒は、ヒートポンプ冷媒であって、圧縮器１１により高圧高温になり、膨張器１０により低圧低温になる。また、この実施形態の冷媒駆動体は、第３冷却回路１２において気化した冷媒の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１６であり、第３発熱体（発電機）９の動力軸に連結してある。

【0013】

図示例の車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２において、圧縮器１１の吐出口側に、第１冷却回路２との間で熱交換を行う第３熱交換器１５を備えている。第３冷却回路１２は、第１熱交換器１３をバイパスする第１バイパス流路１７、及び第１バイパス流路１７を開閉する第１切換弁１８を備えている。また、第３冷却回路１２は、第２熱交換器１４をバイパスする第２バイパス流路２１、及び第２バイパス流路２１を開閉する第２切換弁２２を備えている。

【0014】

さらに、第３冷却回路１２は、第３熱交換器１５をバイパスする第３バイパス流路１９、及び第３バイパス流路１９を開閉する第３切換弁２０を備えている。先述の経路切換機構は、これらのバイパス流路１７，２１，１９及び切換弁１８，２２，２０で構成され、主制御器５０で各切換弁１８，２２，２０を制御する。

【0015】

第１冷却回路４は、冷媒を駆動する第１ポンプ２と、冷媒の熱放熱を行う第１ラジエータ３を備えると共に、第１ラジエータ３と第１熱交換器１３との間に、第１発熱体１をバイパスする第４バイパス流路２５、及び第４バイパス流路２５を開閉する第４切換弁２６を備えている。

【0016】

第２冷却回路８は、冷媒を駆動する第２ポンプ６と、冷媒の熱放熱を行う第２ラジエータ７を備えると共に、第２ラジエータ７をバイパスする第５バイパス流路２３、及び第５バイパス流路２３を開閉する第５切換弁２４を備えている。経路切換機構は、これらのバイパス流路２５，２３及び切換弁２６，２４を含むことができ、主制御器５０により切換弁２６，２４を制御することができる。

【0017】

上記構成を備えた車両用熱管理システムにおいて、第１冷却回路４は、第１ポンプ２により冷媒を循環させ、冷媒で第１発熱体１の熱を吸収して、第１ラジエータ３で空気へ放熱する。第２冷却回路８は、第２ポンプ６により冷媒を循環させ、冷媒で第２発熱体５の熱を吸収して、第２ラジエータ７で空気へ放熱する。

【0018】

第３冷却回路１２は、圧縮器１１で冷媒を圧縮して高圧高温にすると共に、膨張弁１０で冷媒を膨張させて低圧低温にし、第３発熱体９には低圧低温の冷媒を供給することで、低温且つ相変化を伴う沸騰冷却により第３発熱体９を冷却する。これにより、第３冷却回路１２は、第３発熱体９の発熱密度が高くても、高温化を防止して、連続定格出力を増やすことができる。

【0019】

図２は、図１に示す車両用熱管理システムにおいて、冷却モード時の運転を示す図であり、とくに、第３冷却回路１２のヒートポンプにより、第３発熱体９の熱を第１発熱体用ラジエータ３から空気へ放熱する運転状態を示している。

【0020】

上記の冷却モード時には、主制御器５０において、第１切換弁１８により第１バイパス流路１７を開放して、第１熱交換器１３をバイパスすると共に、第２切換弁２２により第２バイパス流路２１を開放して、第２熱交換器１４をバイパスするように制御する。

【0021】

このとき、車両用熱管理システムは、第１冷却回路４の冷媒温度よりも第３冷却回路１２の冷媒温度が高くなると、第３熱交換器１５の矢印で示すように、第３冷却回路１２の冷媒から第１冷却回路４の冷媒へ熱が移動する。そして、第１冷却回路４の冷媒温度が最高温度に達するまで、第３冷却回路１２のヒートポンプにより、第３発熱体９の熱を第１冷却回路４の第１ラジエータ３から空気へ放熱する。

【0022】

このようにして、車両用熱管理システムは、１発熱体１よりも第２発熱体５の発熱量が多い又は発熱密度が高い場合、第１冷却回路４よりも第２冷却回路８の方が温度が高くなるので、第１冷却回路４の冷媒温度が最高温度に達するまでは、より低温での熱輸送をして第３冷却回路１２のヒートポンプの効率を高く維持する。

【0023】

図３は、図１に示す車両用熱管理システムにおいて、他の冷却モード時の運転を示す図であり、とくに、第３冷却回路１２のヒートポンプにより、第３発熱体９の熱を第２発熱体用ラジエータ７から空気へ放熱する運転状態を示している。

【0024】

上記の冷却モード時には、主制御器５０において、第１切換弁１８により第１バイパス流路１７を開放して、第１熱交換器１３をバイパスすると共に、第３切換弁２０により第３バイパス流路１９を開放して、第３熱交換器１５をバイパスするように制御する。

【0025】

このとき、車両用熱管理システムは、第２冷却回路８の冷媒温度よりも第３冷却回路１２の冷媒温度が高くなると、第２熱交換器１４の矢印で示すように、第３冷却回路１２の冷媒から第２冷却回路８の冷媒へ熱が移動する。そして、第２冷却回路８の冷媒温度が最高温度に達するまで、第３冷却回路１２のヒートポンプにより、第３発熱体９の熱を第２冷却回路８の第１ラジエータ７から空気へ放熱する。

【0026】

ここで、第１発熱体１により第１冷却回路４の冷媒温度が最高温度に到達するような場合、図２に示す運転ができないため、第１ラジエータ３の放熱能力を大幅に高める必要がある。また、第１発熱体１の耐熱温度が第２発熱体５の耐熱温度よりも低い場合にも、第１ラジエータ３を大きくする必要がある。

【0027】

そこで、上記の車両用熱管理システムは、第１発熱体１により第１冷却回路４の冷媒温度が最高温度に到達するような場合、図３に示す運転をすることで、第２発熱体５の第２冷却回路８と空気との温度差Ｔを確保することができ、第２ラジエータ７のサイズを大きくする必要がないので、限られたラジエータサイズを使用しつつ、最大連続定格出力を増やすことができる。

【0028】

図４は、図１に示す車両用熱管理システムにおいて、排熱回収モード時の運転を示す図である。この場合には、主制御器５０において、第３切換弁２０により第３バイパス流路１９を開放するように制御する。

【0029】

このとき、車両用熱管理システムは、ランキンサイクルのポンプの役割を圧縮器１１が担い、ボイラーの役割を第２熱交換器１４が担い、復水器の役割を第１熱交換器１３が担うこととなる。これにより、車両用熱管理システムは、第２発熱体（エンジン）５の熱量をタービン１６により回転エネルギーに変換すると共に、このタービン１６と機械的に結合した第３発熱体（発電機）９によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。

【0030】

すなわち、車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２において、圧縮器１１により液体の冷媒が第２熱交換器１４を通過し、その際、第２冷却回路８の冷媒温度よりも第３冷却回路１２の冷媒温度が高いと、第２熱交換器１４の矢印で示すように、第２冷却回路８の冷媒から第３冷却回路１２の冷媒へ熱が移動し、第３冷却回路１２の冷媒は沸騰して高温高圧の気体となる。

【0031】

そして、車両用熱管理システムは、気化した高温高圧の冷媒がタービン１６を通過して減圧され、低温低圧の気体となる。この際、第３冷却回路１２では、気体のエンタルピーが減少して、気体のエネルギーをタービン１６の回転エネルギーに変換し、第３発熱体９により電気エネルギーとして回生される。

【0032】

また、第３冷却回路１２では、低温低圧の気体となった冷媒が第１熱交換器１３を通過し、この際、回路中の冷媒温度よりも第１冷却回路４の冷媒温度の方が低いと、第１熱交換器１３の矢印で示すように熱が移動し、回路中の冷媒が凝縮されて液体となる。液体となった冷媒は、圧縮器１１により第２熱交換器１４を通過することで、排熱回収のランキンサイクルを連続して行うことができる。

【0033】

さらに、第１冷却回路において、第４切換弁２６により第４バイパス流路２５を開放して、第１発熱体１をバイパスすることで冷媒温度を低くし、また、第２冷却回路８において、第５切換弁２４により第５バイパス流路２３を開放して、第２ラジエータ７をバイパスすることで、冷媒温度を高くできる。この機能は、ランキンサイクルのボイラーと復水器との温度差が大きくなることに相当し、排熱回収の効率が高くなる。

【0034】

上記実施形態の車両用熱管理システムは、複数の発熱体１～３を冷却する車両用冷却システムにおいて、冷凍サイクルを有するヒートポンプを用いて高い冷却性能を得る機能、及び排熱回収による高い電費性能の機能を両立させることができ、しかも、空気への放熱部のサイズを大型化せずに上記の冷却性能と電費性能を両立させることができる。

【0035】

また、上記の車両用熱管理システムは、冷媒駆動体として、気化した冷媒の圧力エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン１６を採用し、このタービン１６を第３発熱体（発電機）９に連結したことにより、この運動エネルギーを利用して排熱回収のランキンサイクル運転をすることで、電費の向上を実現することができる。

【0036】

さらに、上記の車両用熱管理システムは、タービン１６を第３発熱体９の動力軸に連結しているので、排熱回収モード時において、追加の発電モータが不要であり、しかも、第３冷却回路１２の冷媒用配管経路を短くすることが可能であるから、システム構造の簡素化を実現することができる。

【0037】

さらに、上記の車両用熱管理システムは、第１熱交換器１３及び第２熱交換器１４に加えて、第３熱交換器１５を採用し、経路切換機構として、夫々の熱交換器１３，１４、１５に対して、バイパス流路１７，１４，１９及び切換弁１８，２２，２０を配置すると共に、主制御器５０で経路を選択的に切り換える制御を行うことにより、第３冷却回路１２の冷却モードや排熱回収モードに対応することができ、各発熱体１，５，９の冷却を効率的に行うことができる。

【0038】

さらに、上記の車両用熱管理システムは、第１冷却回路４に第４バイパス流路２５及び第４切換弁２６を配置すると共に、第２冷却回路８に第４バイパス流離２３及び第４切換弁２０を配置したことにより、とくに、排熱回収モードにおいて第４バイパス流路２５及び第５バイパス流路２３を開放する制御を行うことで、排熱回収効率をより一層高めることができる。

【0039】

図５～図１３は、本発明に係わる車両用熱管理システムの第２～第７の実施形態を説明する図である。以下の各実施形態では、第１実施形態と同じ構成部位に同一符号を付して、詳細な説明を省略する。

【0040】

〈第２実施形態〉
図５に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、第３冷却回路１２における経路切換機構が、第３発熱体９と圧縮器１１との間で、冷媒駆動体としてのタービン１６をバイパスする第６バイパス流路２７、及び第６バイパス流路２７を開閉する第６切換弁２８を備えている。また、上記の経路切換機構が、膨張器１０をバイパスする第７バイパス流路２９、及び第７バイパス流路２９を開閉する第７切換弁３０を備えている。

【0041】

上記の車両用熱管理システムは、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、冷却モード時に、第３冷却回路１２の冷媒を第６バイパス流路２７に通して、タービン１６をバイパスすることで、循環経路内の圧力損失を低減することができる。また、上記の車両用熱管理システムは、排熱回収モード時に、第３冷却回路１２の冷媒を第７バイパス流路２９に通して、膨張弁１０をバイパスすることで、循環経路内の圧力損失を低減することができる。

【0042】

〈第３実施形態〉
図６に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、冷媒駆動体としてのタービン１６が、第１発熱体（モータ）１の動力軸に連結してある構成としている。

【0043】

上記の車両用熱管理システムは、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、とくに、排熱回収モード時に、排熱回収した電気エネルギーを第１発熱体１で使用する場合に比べると、第１発熱体１の動力軸に機械的に接続されたタービン１６により、排熱回収の熱エネルギーを回転エネルギーに変換する。つまり、上記の車両用熱管理システムでは、電力変換を介さないことにより、排熱回収効率を高めることができる。

【0044】

〈第４実施形態〉
図７に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、冷媒駆動体としてのタービン１６が、第２発熱体（エンジン）５の動力軸に連結してある構成としている。

【0045】

上記の車両用熱管理システムは、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、とくに、排熱回収モード時に、第２発熱体（エンジン）５の発熱量が多く、且つ発熱密度が高い場合、第２熱交換器１４とタービン１６との間の配管が第２発熱体５から距離が遠いほど空気への熱漏れが増えるので、第２発熱体５に極力近い位置にタービン１６を配置することにより、空気への熱漏れを少なくして排熱回収効率を高めることができる。

【0046】

〈第５実施形態〉
図８に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、冷媒駆動体が、第３冷却回路１２の冷媒を昇圧させる昇圧用ポンプ３６であり、昇圧用ポンプ３６が、第３発熱体９と圧縮器１１との間に配置してある。

【0047】

上記の車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２において、昇圧用ポンプ３６により冷媒を循環させ、圧縮器１１で冷媒を高温高圧にすると共に、膨張器１０で冷媒を低温低圧にして第３発熱体９に供給し、同第３発熱体９を冷却する。これにより、上記の車両用熱管理システムは、低温且つ相変化を伴う沸騰冷却により、第３発熱体９の発熱密度が高い場合でも高温化を防止して、連続定格出力を増やすことができる。

【0048】

上記の車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２の冷却モード時、とくに、第３冷却回路１２の冷媒温度よりも第１冷却回路４の冷媒温度が低い場合の冷却モード時には、図９に示すように、第１切換弁１８により第１バイパス流路１７を開放して、第１熱交換器１３をバイパスし、第２切換弁２２により第２バイパス流路２１を開放して、第２熱交換器１４をバイパスする。これにより、車両用熱管理システムは、第３熱交換器１５の矢印で示すように、第３冷却回路１２の冷媒の熱を第１冷却回路４の冷媒で吸収し、第１ラジエータ３で空気に放熱する。

【0049】

また、上記の車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２の他の冷却モード時、とくに、第３冷却回路１２の冷媒温度よりも第２冷却回路８の冷媒温度が低い場合の冷却モード時には、図１０に示すように、第１切換弁１８により第１バイパス流路１７を開放して、第１熱交換器１３をバイパスする。これにより、車両用熱管理システムは、２３熱交換器１４の矢印で示すように、第３冷却回路１２の冷媒の熱を第２冷却回路８の冷媒で吸収し、第２ラジエータ７で空気に放熱する。

【0050】

さらに、上記の車両用熱管理システムは、第３冷却回路１２の排熱回収モード時には、図１１に示すように、第３切換弁２０により第３バイパス流路１９を開放して、第３熱交換器１５をバイパスする。また、第１冷却回路４においては、第４切換弁２６により第４バイパス流路２５を開放して、第１発熱体１をバイパスし、さらに、第２冷却回路８においては、第５切換弁２４により第５バイパス流路２３を開放して、第２ラジエータ７をバイパスする。

【0051】

このとき、冷媒駆動体にタービン１６を採用した第１実施形態では、図４に示すように、第３発熱体９、タービン１６、第１熱交換器１３、圧縮器１１、第３バイパス流路１９、第２熱交換器１４、及び膨張器１０の順で冷媒が循環する。これに対して、冷媒駆動体に昇圧用ポンプ３６を採用した本実施形態では、図１１に示すように、第３発熱体９、膨張器１０、第２熱交換器１４、第３バイパス流路１９、圧縮器１１、第１熱交換器１３、及び昇圧用ポンプ３６の順、すなわち逆向きに循環する。

【0052】

つまり、本実施形態の車両用熱管理システムは、排熱回収モード時には、ランキンサイクルのタービンの役割を圧縮器１１が担い、ボイラーの役割を第２熱交換器１４が担い、ポンプの役割を昇圧用ポンプ３６が担い、復水器の役割を第１熱交換器１３が担うこととなり、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。

【0053】

上記の車両用熱管理システムは、第２発熱体５の熱量を圧縮器１１によって回転エネルギーに変換し、圧縮器１１のモータによって回生制御をすることで電気エネルギーに変換する。また、上記の車両用熱管理システムは、昇圧用ポンプ３６により、第３冷却回路１２の液体冷媒を第２熱交換器１４に通過させ、その際、第２冷却回路８の冷媒温度よりも第３冷却回路１２の冷媒温度が高いと、第２冷却回路８の冷媒から第３冷却回路１２の液体冷媒へ熱を移動させ、液体冷媒を沸騰させて高温高圧の気体冷媒にする。

【0054】

そして、上記の車両用熱管理システムは、高温高圧の気体冷媒を圧縮器１１の吐出口から吸入口の方向に通過させることで、減圧して低温低圧の気体にする。このとき、気体のエンタルピーが減少し、気体のエネルギーが圧縮器１１の回転エネルギーに変換され、圧縮器１１の駆動用モータにより電気エネルギーとして回生される。

【0055】

また、低温低圧になった第３冷却回路１２の気体冷媒は、第１熱交換器１３を通過し、その際、第１冷却回路４の冷媒温度の方が低いと、凝縮して液体冷媒となる。この液体冷媒は、昇圧用ポンプ３６により第２熱交換器１４を通過することで、排熱回収のランキンサイクルを連続して行うことができる。

【0056】

さらに、第２冷却回路８においては、冷媒が第２ラジエータをバイパスすることで、冷媒温度を高く維持し、第１冷却回路４においては、冷媒が第１発熱体１をバイパスすることで、冷媒温度を低く維持するので、ランキンサイクルのボイラーと復水器の温度差を大きくすることに相当し、排熱回収効率を高めることができる。

【0057】

〈第６実施形態〉
図１２に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、経路切換機構が、第３冷却回路１２において膨張器１０をバイパスする第７バイパス流路２９、及び第７バイパス流路２９を開閉する第７切換弁３０を備えている。さらに、上記の車両用熱管理システムは、昇圧用ポンプ３６をバイパスする第８バイパス流路３２、及び第８バイパス流路３２を開閉する第８切換弁３３を備えている。

【0058】

上記の車両用熱管理システムは、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、冷却モード時において、昇圧用ポンプ３６をバイパスすることで、循環経路内の圧力損失を低減することができ、また、排熱回収モード時において、膨張弁１０をバイパスすることで、循環経路内の圧力損失を低減することができる。

【0059】

〈第７実施形態〉
図１３に示す車両用熱管理システムは、第１実施形態と同等の基本構成を備えると共に、昇圧用ポンプ３６の回転軸が、圧縮器１１の回転軸に連結してあり、昇圧用ポンプ３６の回転軸と圧縮器１１の回転軸の間にクラッチ機構３１を有する構造である。

【0060】

上記の車両用熱管理システムは、第１実施形態と同様の作用及び効果を得ることができると共に、排熱回収モード時において、圧縮器１１の回転軸に連結した昇圧用ポンプ３６を駆動する。起動時には、圧縮器１１用のモータにより昇圧用ポンプ３６を回転させて液体冷媒を送り、ランキンサイクルが稼働すると、圧縮器１１用のモータを回生制御し、発電をすると同時に、圧縮器１１の回転軸を通じて昇圧用ポンプ３６を回転させて、液体冷媒を送り続ける。

【0061】

これにより、上記の車両用熱管理システムは、排熱回収した電気エネルギーを使って昇圧用ポンプ３６を動かす場合よりも、排熱を回転エネルギーに使うことにより高効率で運転することができる。また、昇圧用ポンプ３６専用のモータが不要になるので、システムの簡素化が実現できる。さらに、上記の車両用熱管理システムは、クラッチ機構３１で圧縮器１１の回転軸から昇圧用ポンプ３６を分離することにより、冷却モード時における圧縮器１１の駆動による昇圧用ポンプ３６の連れ回りを防ぐことができ、連れ回りによる損失を低減し得る。

【0062】

なお、本発明に係わる車両用熱管理システムは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、発熱体は、モータ、エンジン、及び発電機のほか、インバータ、バッテリー、及び蓄熱材などであっても良いし、１つの冷却回路内に複数配置することもできる。また、熱交換器は、１つの冷却回路内に複数配置することができる。さらに、複数の発熱体は、夫々の発熱量や発熱密度の大小関係が限定されるものではない。

【符号の説明】

【0063】

１ 第１発熱体
３ 第１ラジエータ
４ 第１冷却回路
５ 第２発熱体
７ 第２ラジエータ
８ 第２冷却回路
９ 第３発熱体
１０ 膨張器
１１ 圧縮器
１２ 第３冷却回路
１３ 第１熱交換器
１４ 第２熱交換器
１５ 第３熱交換器
１６ タービン（冷媒駆動体）
１７ 第１バイパス流路（経路切換機構）
１８ 第１切換弁（経路切換機構）
１９ 第３バイパス流路（経路切換機構）
２０ 第３切換弁（経路切換機構）
２１ 第２バイパス流路（経路切換機構）
２２ 第２切換弁（経路切換機構）
２３ 第５バイパス流路（経路切換機構）
２４ 第５切換弁（経路切換機構）
２５ 第４バイパス流路（経路切換機構）
２６ 第４切換弁（経路切換機構）
２７ 第６バイパス流路 （経路切換機構）
２８ 第６切換弁
２９ 第７バイパス流路（経路切換機構）
３０ 第７切換弁（経路切換機構）
３１ クラッチ機構
３２ 第８バイパス流路（経路切換機構）
３３ 第８切換弁（経路切換機構）
３６ 昇圧用ポンプ（冷媒駆動体）
５０ 主制御器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】