(57)【要約】【課題】室外熱交換器の着霜を防止しつつ、暖房運転を行うことの可能な熱交換システムを提供する。【解決手段】ヒートポンプサイクル２は、圧縮機２０と水冷コンデンサ２１と内部熱交換器２２と第１膨張弁２３と第２膨張弁２４とチラー２５とエバポレータ２６とを有している。高温水回路３は、水冷コンデンサ２１と、空調風を加熱するヒータコア３１と、冷却水と外気との熱交換を行う第１室外熱交換器３２とを有している。低温水回路５は、チラー２５と、そのチラー２５から流出した冷却水が流れる内部熱交換器２２と、その内部熱交換器２２から流出した冷却水と外気との熱交換を行う第２室外熱交換器５１とを有している。内部熱交換器２２は、ヒートポンプサイクル２において水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒により、低温水回路５においてチラー２５から流出した冷却水を加熱する。【選択図】図１
2020192965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換システムにおいて、
冷媒を圧縮する圧縮機（２０）と、前記圧縮機で圧縮された冷媒と冷却水との熱交換を行う水冷コンデンサ（２１）と、前記水冷コンデンサから流出した冷媒と冷却水との熱交換を行う内部熱交換器（２２）と、前記内部熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁（２３）および第２膨張弁（２４）と、前記第１膨張弁で減圧された冷媒と冷却水との熱交換を行うチラー（２５）と、前記第２膨張弁で減圧された冷媒と空調風との熱交換を行うエバポレータ（２６）とが冷媒配管（２７、２７１、２７２）により接続されたヒートポンプサイクル（２）と、
前記水冷コンデンサと、前記水冷コンデンサで加熱された冷却水により空調風を加熱するヒータコア（３１）と、前記水冷コンデンサで加熱された冷却水と外気との熱交換を行う第１室外熱交換器（３２）とが配管（３４、３５、３６）により接続された高温水回路（３）と、
前記チラーと、前記チラーから流出した冷却水が流れる前記内部熱交換器と、前記内部熱交換器から流出した冷却水と外気との熱交換を行う第２室外熱交換器（５１）とが配管（５６、５７、５８）により接続された低温水回路（５）と、を備え、
前記内部熱交換器は、前記ヒートポンプサイクルにおいて前記水冷コンデンサから流出した高圧冷媒により、前記低温水回路において前記チラーから流出した冷却水を加熱するように構成されていることを特徴とする、熱交換システム。
【請求項２】
前記低温水回路は、
前記チラーの冷却水出口と前記内部熱交換器の冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられた第１分岐部（５９）と、
前記第２室外熱交換器の冷却水出口と前記チラーの冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられた第２分岐部（６０）と、
前記第１分岐部と前記第２分岐部とを接続する配管（５７）の途中に設けられ、冷却水と電池との熱交換を行う電池冷却器（５２）と、をさらに有する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記低温水回路は、
前記内部熱交換器の冷却水出口と前記第２室外熱交換器の冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられた第３分岐部（６３）と、
前記第２室外熱交換器の冷却水出口と前記チラーの冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられた第４分岐部（６４）と、
前記第３分岐部と前記第４分岐部とを接続する配管の途中に設けられ、冷却水と車両駆動機器との熱交換を行う駆動系冷却器（５４、５５）と、をさらに有する、請求項１または２に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプサイクルは、
冷媒配管のうち前記水冷コンデンサの下流側かつ前記内部熱交換器の上流側の部位と、前記内部熱交換器の下流側かつ前記第１膨張弁および前記第２膨張弁の上流側の部位とを接続する冷媒バイパス通路（２０２）と、
前記水冷コンデンサから流出した冷媒の流れを前記冷媒バイパス通路または前記内部熱交換器に切り替える冷媒流路切替弁（２０１）と、をさらに有する、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記低温水回路は、
冷却水配管のうち前記第２室外熱交換器の下流側かつ前記チラーの上流側の部位と、前記チラーの下流側かつ前記内部熱交換器の上流側の部位とを接続する冷却水バイパス通路（６６）と、
前記第２室外熱交換器から流出した冷却水の流れを前記冷却水バイパス通路または前記チラーに切り替える電磁弁（６１、６５）と、をさらに有する、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車室内の暖房および冷房などに用いられる熱交換システムが知られている。
特許文献１に記載の熱交換システムは、ヒートポンプサイクルと冷却水回路を備えている。この熱交換システムで暖房運転が行われる際、ヒートポンプサイクルでは、圧縮機→ヒータコア→膨張弁→水冷コンデンサ→アキュムレータ→圧縮機の順に冷媒が循環する。一方、冷却水回路では、水冷コンデンサ→室外熱交換器→水冷コンデンサの順に冷却水が循環する。なお、室外熱交換器は、三流体熱交換器であり、水冷コンデンサを循環する冷却水と外気の他に、電動車両の駆動モータなどの熱源を循環する冷却水も流れるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３９２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、熱交換システムでは、外気温の低下に伴い室外熱交換器が着霜すると、室外熱交換器の熱交換性能が大幅に低下するといった問題がある。
その問題に対し、特許文献１に記載の熱交換システムでは、室外熱交換器が着霜した場合、電動車両の駆動モータなどの熱源を循環する冷却水を利用して室外熱交換器の除霜を行う構成である。そして、この熱交換システムは、除霜運転を行う場合、水冷コンデンサと室外熱交換器とを接続する配管に設けた電磁弁の開度を小または閉にして暖房能力を大きく制限している。また、特許文献１には、室外熱交換器を除霜する能力が駆動モータなどの熱源の発熱量に依存することから、電気ヒータを補助的に追加する実施例も記載されている。
【０００５】
なお、一般に、室外熱交換器に着霜が生じた場合、ヒートポンプサイクルを循環する高温高圧冷媒を室外熱交換器に流入させるホットガス除霜が行われることもある。しかし、ホットガス除霜は除霜時間が比較的長くなり、圧縮機の消費エネルギも増大するといった問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、室外熱交換器の着霜を防止しつつ、暖房運転を行うことの可能な熱交換システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、熱交換システムにおいて、
冷媒を圧縮する圧縮機（２０）と、圧縮機で圧縮された冷媒と冷却水との熱交換を行う水冷コンデンサ（２１）と、水冷コンデンサから流出した冷媒と冷却水との熱交換を行う内部熱交換器（２２）と、内部熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる第１膨張弁（２３）および第２膨張弁（２４）と、第１膨張弁で減圧された冷媒と冷却水との熱交換を行うチラー（２５）と、第２膨張弁で減圧された冷媒と空調風との熱交換を行うエバポレータ（２６）とが冷媒配管（２７、２７１、２７２）により接続されたヒートポンプサイクル（２）と、
水冷コンデンサと、水冷コンデンサで加熱された冷却水により空調風を加熱するヒータコア（３１）と、水冷コンデンサで加熱された冷却水と外気との熱交換を行う第１室外熱交換器（３２）とが配管（３４、３５、３６）により接続された高温水回路（３）と、
チラーと、チラーから流出した冷却水が流れる内部熱交換器と、内部熱交換器から流出した冷却水と外気との熱交換を行う第２室外熱交換器（５１）とが配管（５６、５７、５８）により接続された低温水回路（５）と、を備え、
内部熱交換器は、ヒートポンプサイクルにおいて水冷コンデンサから流出した高圧冷媒により、低温水回路においてチラーから流出した冷却水を加熱するように構成されている。
【０００８】
これによれば、熱交換システムにより暖房運転が行われる場合、低温水回路を流れる冷却水は、チラーで冷却された後、内部熱交換器で加熱されてから第２室外熱交換器に流入する。そのため、第２室外熱交換器に流れる冷却水の温度を高くすることが可能となる。したがって、この熱交換システムは、暖房運転を行う際、第２室外熱交換器の着霜を防ぐことができる。
【０００９】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る熱交換システムの回路構成図である。
【図２】第２実施形態に係る熱交換システムの回路構成図である。
【図３】第３実施形態に係る熱交換システムの回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態について図１を参照しつつ説明する。本実施形態の熱交換システム１は、例えば電動車両等に搭載され、車室内空調を行うと共に、電池冷却およびモータジェネレータなど駆動機器の冷却にも用いられるものである。
【００１３】
＜熱交換システム１の構成＞
熱交換システム１の構成について説明する。
図１に示すように、熱交換システム１は、ヒートポンプサイクル２、高温水回路３、および低温水回路５を備えている。
【００１４】
まず、ヒートポンプサイクル２の構成について説明する。
ヒートポンプサイクル２は、圧縮機２０、水冷コンデンサ２１、内部熱交換器２２、第１膨張弁２３、第２膨張弁２４、チラー２５、およびエバポレータ２６が冷媒配管２７、２７１、２７２により接続された蒸気圧縮式冷凍機である。ヒートポンプサイクル２は、冷媒として例えばＨＦＣ系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）またはＨＦＯ系冷媒（例えば、Ｒ１２３４ｙｆ）等を用いており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。
なお、図では、配管の参照符号の末尾にアルファベットを付している。以下の説明では、必要に応じて、配管の参照符号の末尾にアルファベットを付すこととする。
【００１５】
圧縮機２０は、冷媒吸入口から吸入した冷媒を圧縮し、冷媒吐出口から冷媒配管２７ａに吐き出すものである。圧縮機２０は、図示しない電動モータの動力により駆動される。圧縮機２０として、固定容量型または可変容量型のいずれを採用してもよい。なお、圧縮機２０の回転数は、図示しない制御装置により制御される。
【００１６】
圧縮機２０から吐き出された高圧冷媒は、冷媒配管２７ａを通じて水冷コンデンサ２１に流入する。水冷コンデンサ２１は、圧縮機２０から吐き出された冷媒と、高温水回路３を循環する冷却水との熱交換を行う熱交換器である。水冷コンデンサ２１を流れる冷媒は、冷却水に放熱して凝縮する。また、水冷コンデンサ２１の冷媒流路の途中には気液分離器としてのレシーバ２１１が設けられている。
【００１７】
水冷コンデンサ２１の下流側には内部熱交換器２２が設けられている。内部熱交換器２２は、水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒と、低温水回路５を循環する冷却水との熱交換を行う熱交換器である。内部熱交換器２２では、水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒の放熱により、低温水回路５においてチラー２５から流出した冷却水が加熱される。
【００１８】
内部熱交換器２２の下流側の冷媒配管２７ｃは、冷媒分岐部２８を介して第１分岐配管２７１ａと第２分岐配管２７２ａとに分かれている。第１分岐配管２７１には、第１膨張弁２３とチラー２５が設けられている。第１膨張弁２３は、オリフィスまたはノズルなどの固定絞り、或いは、温度式膨張弁または電子式膨張弁などの可変絞りにより構成される。第１膨張弁２３は、内部熱交換器２２から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。第１膨張弁２３を通過して減圧された冷媒は、気液二相状態となってチラー２５に流入する。
【００１９】
チラー２５は、第１膨張弁２３で減圧されて気液二相状態となった冷媒と、低温水回路５を循環する冷却水との熱交換を行う熱交換器である。チラー２５では、気液二相状態となった冷媒が、低温水回路５を循環する冷却水から吸熱して蒸発する。また、チラー２５を流れる冷却水は、チラー２５を流れる冷媒に放熱して冷却される。
【００２０】
一方、第２分岐配管２７２には、第２膨張弁２４とエバポレータ２６が設けられている。第２膨張弁２４も、第１膨張弁２３と同様に、内部熱交換器２２から流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。第２膨張弁２４を通過して減圧された冷媒は、気液二相状態となってエバポレータ２６に流入する。
【００２１】
エバポレータ２６は、エアコンユニット４内に設けられている。エバポレータ２６は、第２膨張弁２４で減圧されて気液二相状態となった冷媒と、エアコンユニット４から車室内に供給される空調風との熱交換を行う熱交換器である。エバポレータ２６では、気液二相状態となった冷媒が空調風から吸熱して蒸発する。また、エアコンユニット４を流れる空調風は、エバポレータ２６を流れる冷媒に放熱して冷却され、車室内に吹き出される。
【００２２】
第１分岐配管２７１ｃと第２分岐配管２７２ｃとは冷媒合流部２９で接続されている。冷媒合流部２９と圧縮機２０の冷媒吸入口とは冷媒配管２７ｄを介して接続されている。そのため、チラー２５で蒸発した気相冷媒とエバポレータ２６で蒸発した気相冷媒は、冷媒合流部２９で合流した後、圧縮機２０に吸入される。
【００２３】
次に、高温水回路３の構成について説明する。
高温水回路３は、第１ウォータポンプ３０、水冷コンデンサ２１、ヒータコア３１、および第１室外熱交換器３２などが第１〜第３高温水配管３４、３５、３６により接続された回路である。高温水回路３を循環する冷却水には、例えば、エチレングリコールなどを主成分とした不凍液、ロングライフクーラント（ＬＬＣ）などが用いられる。
【００２４】
第１高温水配管３４の一端と第２高温水配管３５の一端と第３高温水配管３６の一端とは、第１接続部３８により接続されている。第１高温水配管３４の他端と第２高温水配管３５の他端と第３高温水配管３６の他端とは、第２接続部３９により接続されている。
【００２５】
第１ウォータポンプ３０と水冷コンデンサ２１は、第１高温水配管３４に設けられている。第１ウォータポンプ３０は、高温水回路３に冷却水を循環させる。上述したように、水冷コンデンサ２１は、高温水回路３を循環する冷却水と、圧縮機２０から吐き出された高圧冷媒との熱交換を行う熱交換器である。水冷コンデンサ２１を流れる冷却水は、ヒートポンプサイクル２の高温高圧冷媒によって加熱される。
【００２６】
ヒータコア３１は、第２高温水配管３５に設けられている。ヒータコア３１は、エアコンユニット４内に設けられている。ヒータコア３１は、水冷コンデンサ２１で加熱された冷却水と、エアコンユニット４から車室内に供給される空調風との熱交換を行う熱交換器である。エアコンユニット４を流れる空調風は、ヒータコア３１を流れる高温の冷却水により加熱され、車室内に吹き出される。
【００２７】
第１室外熱交換器３２は、第３高温水配管３６に設けられている。第１室外熱交換器３２は、水冷コンデンサ２１で加熱された冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器である。第１室外熱交換器３２を流れる冷却水は、外気に放熱して冷却される。なお、第１室外熱交換器３２と後述する第２室外熱交換器５１とは一体化されたモジュールとして構成された複合熱交換器である。
【００２８】
第１室外熱交換器３２と第２室外熱交換器５１は、車両のボンネット内の前方の部位に、外気の流れ方向に並ぶように配置されている。また、第１室外熱交換器３２と第２室外熱交換器５１に対して外気を送付するためのファン３７が設置される。なお、この複合熱交換器は、第１室外熱交換器３２を流れる冷却水と第２室外熱交換器５１を流れる冷却水とが混ざらないように構成されている。
【００２９】
第２高温水配管３５ａ、３５ｂの途中には第１電磁弁４０が設けられている。また、第３高温水配管３６ａ、３６ｂの途中には第２電磁弁４１が設けられている。第１電磁弁４０と第２電磁弁４１の駆動は、図示しない制御装置により制御される。第１電磁弁４０と第２電磁弁４１は、第２高温水配管３５を流れる冷却水の流量と、第３高温水配管３６を流れる冷却水の流量とを調整可能な流量調整弁である。
【００３０】
続いて、低温水回路５の構成について説明する。
低温水回路５は、第２ウォータポンプ５０、チラー２５、内部熱交換器２２、第２室外熱交換器５１、電池冷却器５２、第３ウォータポンプ５３、および駆動系冷却器５４、５５などが第１〜第３低温水配管５６、５７、５８により接続された回路である。低温水回路５を循環する冷却水にも、高温水回路３と同様に、例えば、エチレングリコールなどを主成分とした不凍液、ロングライフクーラント（ＬＬＣ）などが用いられる。
【００３１】
第２ウォータポンプ５０とチラー２５と内部熱交換器２２と第２室外熱交換器５１は、第１低温水配管５６に設けられている。第２ウォータポンプ５０は、低温水回路５に冷却水を循環させる。上述したように、チラー２５は、低温水回路５を循環する冷却水と、ヒートポンプサイクル２の第１膨張弁２３で減圧されて気液二相状態となった冷媒との熱交換を行う熱交換器である。低温水回路５においてチラー２５を流れる冷却水は、ヒートポンプサイクル２においてチラー２５を流れる冷媒に放熱して冷却される。
【００３２】
上述したように、内部熱交換器２２は、低温水回路５を循環する冷却水と、ヒートポンプサイクル２の水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒との熱交換を行う熱交換器である。内部熱交換器２２では、ヒートポンプサイクル２において水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒の放熱により、低温水回路５においてチラー２５から流出した冷却水が加熱される。
【００３３】
第２室外熱交換器５１は、低温水回路５を循環する冷却水と外気との熱交換を行う熱交換器である。第２室外熱交換器５１には、内部熱交換器２２から流出した冷却水が流れる。第２室外熱交換器５１を流れる冷却水の温度が外気温より低い場合、第２室外熱交換器５１を流れる冷却水は、外気から吸熱する。第２室外熱交換器５１から流出した冷却水は、第１低温水配管５６ｇ、５６ｈ、５６ａを通り、チラー２５に流れる。
【００３４】
第１低温水配管５６ｂ、５６ｃのうち、チラー２５の冷却水出口と内部熱交換器２２の冷却水入口とを接続する部位の途中に第１分岐部５９が設けられている。また、第１低温水配管５６ａ、５６ｈのうち、第２室外熱交換器５１の冷却水出口とチラー２５の冷却水入口とを接続する部位の途中に第２分岐部６０が設けられている。第２低温水配管５７は、その第１分岐部５９と第２分岐部６０とを接続する配管である。
【００３５】
第２低温水配管５７ｂ、５７ｃの途中には、電池冷却器５２が設けられている。電池冷却器５２は、第２低温水配管５７を流れる冷却水と、車両に搭載される電池との熱交換により電池を冷却するための熱交換器である。電池冷却器５２を流れる冷却水は、電池の発熱により加熱される。
【００３６】
第１低温水配管５６ｃ、５６ｄのうち、第１分岐部５９と内部熱交換器２２との途中の部位には第３電磁弁６１が設けられている。また、第２低温水配管５７ａ、５７ｂのうち、第１分岐部５９と電池冷却器５２との途中の部位には第４電磁弁６２が設けられている。第３電磁弁６１と第４電磁弁６２の駆動は、図示しない制御装置により制御される。第３電磁弁６１と第４電磁弁６２は、第１低温水配管５６ｃ〜５６ｈを流れる冷却水の流量と、第２低温水配管５７を流れる冷却水の流量を調整可能な流量調整弁である。
【００３７】
第１低温水配管５６ｅ、５６ｆのうち、内部熱交換器２２の冷却水出口と第２室外熱交換器５１の冷却水入口とを接続する部位の途中に第３分岐部６３が設けられている。また、第１低温水配管５６ｇ、５６ｈのうち、第２室外熱交換器５１の冷却水出口とチラー２５の冷却水入口とを接続する部位の途中に第４分岐部６４が設けられている。詳細には、第４分岐部６４は、第１低温水配管５６ｇ、５６ｈのうち、第２室外熱交換器５１の冷却水出口と第２分岐部６０とを接続する部位の途中に設けられている。第３低温水配管５８は、その第３分岐部６３と第４分岐部６４とを接続する配管である。
【００３８】
第３低温水配管５８の途中には、第３ウォータポンプ５３と駆動系冷却器５４、５５が設けられている。第３ウォータポンプ５３は、第３低温水配管５８に冷却水を流すためのポンプである。駆動系冷却器５４、５５は、モータジェネレータ用冷却器５４とインバータ冷却器５５などである。駆動系冷却器５４、５５は、第３低温水配管５８を流れる冷却水と、モータジェネレータおよびインバータなどの駆動系機器との熱交換により、駆動系機器を冷却するための熱交換器である。第３低温水配管５８を流れる冷却水は、駆動系機器の発熱により加熱される。第３低温水配管５８において駆動系機器の発熱により加熱された冷却水は、第３分岐部６３から第１低温水配管５６ｆを通り、第２室外熱交換器５１に流れる。第２室外熱交換器５１を流れる冷却水の温度が外気温より高い場合、第２室外熱交換器５１を流れる冷却水は外気に放熱する。
【００３９】
＜熱交換システム１の作動＞
熱交換システム１の作動について説明する。
【００４０】
＜暖房運転＞
まず、熱交換システム１により暖房運転が行われる場合について説明する。暖房運転時、ヒートポンプサイクル２では、圧縮機２０→水冷コンデンサ２１→内部熱交換器２２→第１膨張弁２３→チラー２５→圧縮機２０の順に冷媒が循環する。圧縮機２０で圧縮された高圧冷媒は、水冷コンデンサ２１で凝縮し、内部熱交換器２２で過冷却度を大きくした後、第１膨張弁２３で減圧されてチラー２５で蒸発し、圧縮機２０に吸入される。
【００４１】
なお、除湿暖房運転時には、ヒートポンプサイクル２の冷媒は、チラー２５と共にエバポレータ２６にも流れる。そのため、エアコンユニット４を流れる空調風は、エバポレータ２６を通過する際に空気中に含まれる水蒸気が凝縮する。これにより、車室内の除湿が行われる。
【００４２】
高温水回路３では、第１ウォータポンプ３０→水冷コンデンサ２１→ヒータコア３１→第１ウォータポンプ３０の順に冷却水が循環する。高温水回路３を循環する冷却水は、水冷コンデンサ２１で加熱された後、ヒータコア３１を流れる際にエアコンユニット４を流れる空調風を加熱する。これにより、車室内の暖房が行われる。
なお、高温水回路３を循環する冷却水が水冷コンデンサ２１で高圧冷媒から吸熱した熱量が車室内の暖房に要求される熱量より大きい場合、高温水回路３を循環する冷却水は、ヒータコア３１と共に第１室外熱交換器３２にも流れる。これにより、第１室外熱交換器３２で冷却水から外気へ放熱が行われる。
【００４３】
低温水回路５では、第２ウォータポンプ５０→チラー２５→内部熱交換器２２→第２室外熱交換器５１→第２ウォータポンプ５０の順に冷却水が循環する。低温水回路５を循環する冷却水は、チラー２５で冷却され、内部熱交換器２２で加熱された後、第２室外熱交換器５１で外気と熱交換を行う。このとき、内部熱交換器２２で冷却水を加熱し、第２室外熱交換器５１に流入する冷却水の温度を０℃以上とすることで、第２室外熱交換器５１の着霜を防ぐことができる。
【００４４】
なお、第３電磁弁６１と第４電磁弁６２の開度を調整し、第２低温水配管５７に設けられた電池冷却器５２に冷却水を循環させることで、電池の冷却を行うことが可能である。また、第３ウォータポンプ５３を駆動し、第３低温水配管５８に冷却水を循環させることで、モータジェネレータおよびインバータなどの駆動系機器を冷却することが可能である。その際、電池または駆動系機器から冷却水が吸熱した熱を、第２室外熱交換器５１で冷却水から外気に放熱することや、チラー２５で冷却水から冷媒に放熱することも可能である。
【００４５】
＜冷房運転＞
次に、熱交換システム１により冷房運転が行われる場合について説明する。冷房運転時、ヒートポンプサイクル２では、圧縮機２０→水冷コンデンサ２１→内部熱交換器２２→第２膨張弁２４→エバポレータ２６→圧縮機２０の順に冷媒が循環する。圧縮機２０で圧縮された高圧冷媒は、水冷コンデンサ２１で凝縮した後、第２膨張弁２４で減圧されてエバポレータ２６で蒸発し、圧縮機２０に吸入される。
【００４６】
高温水回路３では、第１ウォータポンプ３０→水冷コンデンサ２１→第１室外熱交換器３２→第１ウォータポンプ３０の順に冷却水が循環する。高温水回路３を循環する冷却水は、水冷コンデンサ２１で加熱された後、第１室外熱交換器３２を流れる際に外気に放熱する。
【００４７】
なお、冷房運転時には、低温水回路５の冷却水の循環を停止してもよい。
但し、電池の冷却を行う場合、ヒートポンプサイクル２では、第１膨張弁２３および第２膨張弁２４の開度が調整され、エバポレータ２６と共にチラー２５にも冷媒が流れる。そして、低温水回路５では、第２ウォータポンプ５０が駆動し、第３電磁弁６１が閉じられ、第４電磁弁６２が開かれる。そのため、低温水回路５の冷却水は、チラー２５で冷却された後、第２低温水配管５７を通り電池冷却器５２に流れる。これにより、電池の冷却が行われる。
また、駆動系機器の冷却を行う場合、第３ウォータポンプ５３を駆動する。これにより、駆動系冷却器５４、５５と第２室外熱交換器５１とを冷却水が循環し、駆動系機器の冷却が行われる。
【００４８】
以上説明した第１実施形態の熱交換システム１は、低温水回路５においてチラー２５の冷却水出口と第２室外熱交換器５１の冷却水入口とを接続する配管５６ｄ、５６ｅの途中に内部熱交換器２２を備えている。内部熱交換器２２は、低温水回路５においてチラー２５から流出した低温の冷却水を、ヒートポンプサイクル２において水冷コンデンサ２１から流出した高圧冷媒により加熱するように構成されている。
これにより、熱交換システム１により暖房運転が行われる場合、第２室外熱交換器５１に流れる冷却水の温度を高くすることが可能である。具体的には、内部熱交換器２２から第２室外熱交換器５１に流入する冷却水の温度は０℃以上とされる。したがって、この熱交換システム１は、暖房運転を行う際、第２室外熱交換器５１の着霜を防ぐことができる。
【００４９】
（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態に対してヒートポンプサイクル２の構成の一部を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
図２に示すように、第２実施形態では、ヒートポンプサイクル２に冷媒流路切替弁２０１と冷媒配管接続部２０３と冷媒バイパス通路２０２が設けられている。冷媒流路切替弁２０１は、水冷コンデンサ２１の下流側、且つ、内部熱交換器２２の上流側の部位に設けられた三方弁である。冷媒流路切替弁２０１は、水冷コンデンサ２１から流出した冷媒の流れを内部熱交換器２２または冷媒バイパス通路２０２に切り替えることが可能である。また、冷媒配管接続部２０３は、内部熱交換器２２の下流側、且つ、第１膨張弁２３および第２膨張弁２４の上流側の部位に設けられている。
【００５１】
冷媒バイパス通路２０２は、冷媒流路切替弁２０１と冷媒配管接続部２０３とを接続する冷媒配管である。すなわち、冷媒バイパス通路２０２は、冷媒配管２７のうち水冷コンデンサ２１の下流側かつ内部熱交換器２２の上流側の部位２７ｂと、内部熱交換器２２の下流側かつ第１膨張弁２３および第２膨張弁２４の上流側の部位２７ｃとを接続している。冷媒流路切替弁２０１の制御により、水冷コンデンサ２１から流出した冷媒が冷媒バイパス通路２０２に流れるように流路が切り替えられると、冷媒は内部熱交換器２２を迂回して第１膨張弁２３または第２膨張弁２４へ流れる。
【００５２】
以上説明した第２実施形態では、冷房運転が行われる場合、冷媒が冷媒バイパス通路２０２を流れ、内部熱交換器２２を流れないようにすることで、内部熱交換器２２による圧力損失の増加を防ぐことができる。また、第２実施形態の熱交換システム１も、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態に対して低温水回路５の構成の一部を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５４】
図３に示すように、第３実施形態では、低温水回路５に第５電磁弁６５と冷却水バイパス通路６６が設けられている。第５電磁弁６５は、第１低温水配管５６ａ、５６ｈのうち、第２室外熱交換器５１の下流側、且つ、チラー２５の上流側の部位に設けられた三方弁である。また、第３実施形態では、第３電磁弁６１も三方弁である。そして、冷却水バイパス通路６６は、その第３電磁弁６１と第５電磁弁６５とを接続する冷却水配管である。すなわち、冷却水バイパス通路６６は、第１低温水配管５６のうち第２室外熱交換器５１の下流側かつチラー２５の上流側の部位５６ｈと、チラー２５の下流側かつ内部熱交換器２２の上流側の部位５６ｃ、５６ｄとを接続している。
【００５５】
また、第３実施形態では、第１低温水配管５６のうち、第４分岐部６４と第５電磁弁６５とを接続する部位５６ｈの途中に第２ウォータポンプ５０が設けられている。また、第２低温水配管５７の途中に第４ウォータポンプ６７が設けられている。
【００５６】
第３実施形態では、冷房運転が行われる場合、低温水回路５において、第２ウォータポンプ５０→冷却水バイパス通路６６→内部熱交換器２２→第２室外熱交換器５１→第２ウォータポンプ５０の順に冷却水が流れるようにすることが可能である。これにより、内部熱交換器２２を流れる低温水回路５の冷却水により、ヒートポンプサイクル２の高圧冷媒の過冷却度を大きくすることができる。
【００５７】
また、第３実施形態では、低温水回路５において、第４ウォータポンプ６７→チラー２５→電池冷却器５２→第４ウォータポンプ６７の順に冷却水を循環させて、電池冷却を行うことも可能である。
さらに、第３実施形態の熱交換システム１も、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５８】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【００５９】
（１）上記各実施形態で説明した熱交換システム１の回路構成において、ウォータポンプ、電磁弁などは、必要に応じて適宜追加することが可能であり、位置を移動することも可能である。また、１つの電磁弁を複数の電磁弁で構成することが可能であり、複数の電磁弁を１つの電磁弁で構成することも可能である。
例えば、高温水回路3に設けた第１電磁弁４０と第２電磁弁４１を、三方弁として第１接続部３８に設けてもよい。また、低温水回路５に設けた第３電磁弁６１と第４電磁弁６２を、三方弁として第１分岐部５９に設けてもよい。
【００６０】
（２）上記各実施形態では、第１室外熱交換器３２と第２室外熱交換器５１は一体化された１つのモジュールとして構成されるものとしたが、これに限るものではない。第１室外熱交換器３２と第２室外熱交換器５１は別個に構成されるものとしてもよい。
【００６１】
（３）上記各実施形態では、熱交換システム１は、電動車両に搭載されるものとして説明したが、これに限るものではない。熱交換システム１は、例えば建造物等の空調に用いることも可能である。
【００６２】
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、熱交換システムは、ヒートポンプサイクル、高温水回路および低温水回路を備える。
ヒートポンプサイクルは、圧縮機と水冷コンデンサと内部熱交換器と第１膨張弁と第２膨張弁とチラーとエバポレータとが冷媒配管により接続されている。圧縮機は、冷媒を圧縮する。水冷コンデンサは、圧縮機で圧縮された冷媒と冷却水との熱交換を行う。内部熱交換器は、水冷コンデンサから流出した冷媒と冷却水との熱交換を行う。第１膨張弁と第２膨張弁は、内部熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる。エバポレータは、第１膨張弁で減圧された冷媒と冷却水との熱交換を行うチラーと、第２膨張弁で減圧された冷媒と空調風との熱交換を行う。
高温水回路は、水冷コンデンサと、その水冷コンデンサで加熱された冷却水により空調風を加熱するヒータコアと、水冷コンデンサで加熱された冷却水と外気との熱交換を行う第１室外熱交換器とが配管により接続されている。
低温水回路は、チラーと、そのチラーから流出した冷却水が流れる内部熱交換器と、内部熱交換器から流出した冷却水と外気との熱交換を行う第２室外熱交換器とが配管により接続されている。そして、その内部熱交換器は、ヒートポンプサイクルにおいて水冷コンデンサから流出した高圧冷媒により、低温水回路においてチラーから流出した冷却水を加熱するように構成されている。
【００６３】
第２の観点によれば、低温水回路は、第１分岐部と、第２分岐部と、電池冷却器とをさらに有する。第１分岐部は、チラーの冷却水出口と内部熱交換器の冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられる。第２分岐部は、第２室外熱交換器の冷却水出口とチラーの冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられる。電池冷却器は、第１分岐部と第２分岐部とを接続する配管の途中に設けられ、冷却水と電池との熱交換を行う。
これによれば、低温水回路を循環する冷却水により電池の冷却を行うことができる。
【００６４】
第３の観点によれば、低温水回路は、第３分岐部と、第４分岐部と、駆動系冷却器とをさらに有する。第３分岐部は、内部熱交換器の冷却水出口と第２室外熱交換器の冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられる。第４分岐部は、第２室外熱交換器の冷却水出口とチラーの冷却水入口とを接続する配管の途中に設けられる。駆動系冷却器は、第３分岐部と第４分岐部とを接続する配管の途中に設けられ、冷却水と車両駆動機器との熱交換を行う。
これによれば、低温水回路を循環する冷却水により車両駆動機器の冷却を行うことができる。
【００６５】
第４の観点によれば、ヒートポンプサイクルは、冷媒バイパス通路と冷媒流路切替弁をさらに有する。冷媒バイパス通路は、冷媒配管のうち水冷コンデンサの下流側かつ内部熱交換器の上流側の部位と、内部熱交換器の下流側かつ第１膨張弁および第２膨張弁の上流側の部位とを接続する。冷媒流路切替弁は、水冷コンデンサから流出した冷媒の流れを冷媒バイパス通路または内部熱交換器に切り替える。
これによれば、熱交換システムにより冷房運転が行われる場合、冷媒が冷媒バイパス通路を流れ、内部熱交換器を流れないようにすることで、内部熱交換器による圧力損失の増加を防ぐことができる。
【００６６】
第５の観点によれば、低温水回路は、冷却水バイパス通路と電磁弁をさらに有する。冷却水バイパス通路は、冷却水配管のうち第２室外熱交換器の下流側かつチラーの上流側の部位と、チラーの下流側かつ内部熱交換器の上流側の部位とを接続する。電磁弁は、第２室外熱交換器から流出した冷却水の流れを冷却水バイパス通路またはチラーに切り替える。
これによれば、熱交換システムにより冷房運転が行われる場合、内部熱交換器を流れる低温水回路の冷却水により、ヒートポンプサイクルの高圧冷媒の過冷却度を大きくすることができる。また、低温水回路の冷却水が冷却水バイパス通路を流れ、チラーを流れないようにすることで、チラーによる圧力損失の増加を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１    熱交換システム
２    ヒートポンプサイクル
３    高温水回路
５    低温水回路
２１  水冷コンデンサ
２２  内部熱交換器
２５  チラー
３１  ヒータコア
３２  第１室外熱交換器
５１  第２室外熱交換器
【図１】
2020192965.tif 000003
【図２】
2020192965.tif 000004
【図３】
2020192965.tif 000005