JP2012030699A5 - - Google Patents

Description

室外熱交換器９と空調用熱交換器１０Ａとの間にはレシーバ１１が設けられている。冷媒経路はレシーバ１１において２つに分岐しており、一方は上述した空調用熱交換器１０Ａが設けられた冷媒経路であって、他方は冷却用熱交換器１０Ｂが設けられた冷媒経路である。分岐した二つの冷媒経路は、圧縮機１の吸込配管１２において合流して一つになる。２Ａ〜２Ｃは冷媒の流量を制御するための流量制御弁であって、流量制御弁２Ａは空調用熱交換器１０Ａを流れる冷媒の流量を制御し、流量制御弁２Ｂは冷却用熱交換器１０Ｂを流れる冷媒の流量を制御し、流量制御弁２Ｃは室外熱交換器９を流れる冷媒の流量を制御する。

断熱パーティション２５には第１空間２３と第２空間２４とを連通する連通孔２６が設けられており、第２空間２４にも熱移動媒体が満たされている。断熱パーティション２５は、アクチュエータ８０１の駆動軸２７に固定されている。アクチュエータ８０１で駆動軸２７を上下動させて断熱パーティション２５を矢印５０ａ，５０ｂの方向に移動させると、空間２３，２４の容積が変化し、連通孔２６を通って熱移動媒体が第１空間２３と第２空間２４との間を移動する。すなわち、循環回路（空調用回路２０００または冷却用回路３０００）内の熱移動媒体の容積が増加する。第１空間２３の容積変化は、断熱パーティション２５の移動量を検知することにより検出することができる。

断熱パーティション２５に設けられた連通孔２６は、図１４に示すように開閉自在であってもよい。図１４（ａ）に示す容積可変タンク８では、連通孔２６に弁体８０２、８０３が設けられている。この構成の場合、断熱パーティション２５を下方（５０ａ方向）に移動すると弁体８０２が開いて、破線矢印のように第１空間２３から第２空間２４へ熱移動媒体が移動する。逆に、断熱パーティション２５を上方（５０ｂ方向）に移動すると弁体８０３が開いて、破線矢印のように第２空間２４から第１空間２３へ熱移動媒体が移動する。

（冷房運転）
冷房運転とは、室外熱交換器９を凝縮器、空調用熱交換器１０Ａと冷却用熱交換器１０Ｂを蒸発器として用いて、空調用回路２０００および冷却用回路３０００から冷凍サイクル回路１０００へと熱を移動させる運転モードである。冷房運転の場合には、冷凍サイクル回路１０００に設けられた四方弁３は、図１で示すような弁の切り換え状態とする。すなわち、圧縮機１の吐出配管１３は室外熱交換器９に接続し、圧縮機１の吸込配管１２は空調用熱交換器１０Ａおよび冷却用熱交換器１０Ｂに接続する。

空調用回路２０００においては、空調用循環ポンプ５Ａを駆動することで、空調用熱交換器１０Ａで冷却された空調用熱移動媒体が空調側室内熱交換器１５Ａに供給される。そして、室内ファン７を駆動することで、空調側室内熱交換器１５Ａで熱交換して冷却された空気が車室内へ吹き出される。また、冷却用回路３０００では、冷却用循環ポンプ５Ｂにより循環される冷却用熱移動媒体は、温調対象機器１６の発熱により加熱されるとともに、冷却用熱交換器１０Ｂにおいて冷凍サイクル回路１０００側の冷媒と熱交換することにより冷却される。

また、冷房負荷がなく、冷却用回路３０００に設けられた温調対象機器１６の冷却のみが必要な場合には、空調用循環ポンプ５Ａ、および室内ファン７を停止するとともに、空調側流量制御弁２Ａを閉じる。そして、冷却側流量制御弁２Ｂの開度を調整することによって、冷却用熱交換器１０Ｂのみを蒸発器と利用すれば良い。このように制御することで、冷却用回路３０００の冷却用熱移動媒体の冷却が可能となるので、温調対象機器１６の冷却ができる。この場合、圧縮機１の回転数は、冷却用熱移動媒体の温度が目標温度となるように制御される。また、空調用循環ポンプ５Ａの回転数を制御することで、熱交換量を変化させてもよい。

再熱量は主回路１９へ流れる冷却用熱移動媒体の温度と流量によって変化するので、冷却用熱交換器１０Ｂの交換熱量や、主回路１９へ流れる冷却用熱移動媒体の流量を変えることによって、再熱量を制御することができる。冷却用熱交換器１０Ｂの熱交換量を可変とするためには、冷却側流量制御弁２Ｂの開度を制御して、冷却用熱交換器１０Ｂへ流れる冷媒流量を制御すれば良く、冷却が不要な場合には冷却側流量制御弁２Ｂの開度を全閉とすれば良い。

空調用熱移動媒体は、空調用循環ポンプ５Ａを起動することにより空調用回路２０００を循環され、空調用熱交換器１０Ａで冷媒の凝縮熱をもらって加熱される。その加熱された空調用熱移動媒体は空調側室内熱交換器１５Ａへ流入し、空調側室内熱交換器１５Ａにおいて室内吹出し空気へ放熱する。空調側室内熱交換器１５Ａで加熱された空気は、空気の流れの下流側に配置された冷却側室内熱交換器１５Ｂにおいて、温調対象機器１６によって加熱された冷却用熱移動媒体から熱をもらい、さらに加熱されてから室内空間へ吹き出される。

《容積可変タンクの制御》
本実施の形態では、空調用回路２０００および冷却用回路３０００に設けられた容積可変タンク８Ａ，８Ｂの各第１空間２３の容積を調節することにより、各回路を循環する熱移動媒体の熱容量を変化させ、各熱移動媒体の温度応答速度を可変にすることができる。なお、空調用回路２０００と冷却用回路３０００とでは容積可変タンクの制御動作が異なるので、空調用容積可変タンク８Ａと冷却用容積可変タンク８Ｂとに分けて、制御動作を説明する。

このように構成することにより、空調用回路２０００を循環する空調用熱移動媒体の熱容量が大きくなり、空調用熱移動媒体の温度が変動しにくくなる。その結果、空調の快適性を向上させることができる。ステップＳ１６の処理が終了したら、ステップＳ１１へ戻る。

このように構成することにより、空調用熱移動媒体の熱容量が大きくなり、空調用熱移動媒体の温度変化が遅くなるため、空調用熱移動媒体の温度変化が遅くなるため、空調用熱交換器１０Ａへ流れる冷媒の流量を減少させたり、又は冷媒を停止させたりしても、一時的に空調の吹き出し温度を適温に維持することができる。これにより、一時的に冷凍サイクル回路１０００の温調能力を温調対象機器１６の冷却に集中的に振り分けることができる。

冷房運転や冷却暖房運転の始動時に、空調用熱移動媒体が目標温度に達していない状況においては、冷凍サイクル回路１０００の温調能力を空調側に積極的に振り分けて早期に目標温度とするのが好ましい。そのように温調能力の振り分けを行うためには、冷却用熱移動媒体の温度が温調対象機器１６の許容温度から決まる規定値以下となっている必要がある。さらに、冷却側に振り分けられる温調能力が減少しても、冷却用熱移動媒体の温度が上昇し過ぎないように、冷却用熱移動媒体の熱容量を大きくしておく必要がある。

そこで、ステップＳ２６では、空調用熱移動媒体の温度が目標温度に到達したか否かを判定し、目標温度に達していない場合には、ステップＳ２８に進んで冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積を増大させる。このような制御を行うことにより、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が大きくなり、空調側への温調能力の振り分けを増加させるために冷却用熱交換器１０Ｂへの冷媒の流量を減少させたり、冷媒の流れを停止させた場合であっても、冷却用熱移動媒体の温度上昇を抑制または遅らせることができる。これにより、一時的に冷凍サイクル回路１０００の温調能力を空調に集中的に振り分けることができ、空調用熱移動媒体を早期に目標温度にすることができる。

図８は、第２の実施の形態における冷却用容積可変タンク８Ｂの概略構成を示す図である。冷却用容積可変タンク８Ｂは、断熱パーティション２５で仕切られた第１空間２３および第２空間２４を備えている。断熱パーティション２５は連通孔２６が形成されており、駆動軸２７によって図示上下に移動することができる。第２の実施の形態の冷却用容積可変タンク８Ｂにおいては、冷却用熱移動媒体を流入させるための２つの流入口（第１流入口３０および第２流入口３１）と、冷却用熱移動媒体を流出させるための２つの流出口（第１流出口３２および第２流出口３３）とを備えている。

本実施の形態の冷却用容積可変タンク８Ｂにおいても、断熱パーティション２５を矢印５０ａ、矢印５０ｂの方向に駆動することで第１空間２３と第２空間２４の容積比を変化させることができる。すなわち、断熱パーティション２５を矢印５０ａの方向に駆動すると、第１空間２３の容積が減少し、第２空間２４の容積が増大する。逆に、断熱パーティション２５を矢印５０ｂの方向へ駆動すると、第１空間２３の容積が増大し、第２空間２４の容積が減少する。

一方、第２流入口３１および第２流出口３３は、冷却用回路３０００とは別に設けられた放熱回路６０００に接続されている。放熱回路６０００には、放熱熱交換器４３、循環ポンプ４４、放熱熱交換器４３に備えられた放熱ファン４５が設けられている。循環ポンプ４４を駆動すると、冷却用容積可変タンク８Ｂの第２流出口３３から流出した冷却用熱移動媒体は、循環ポンプ４４および放熱熱交換器４３を経由して冷却用容積可変タンク８Ｂの第２流入口３１に流入する。放熱ファン４５を駆動することにより放熱熱交換器４３の中の冷却用熱移動媒体は外気と熱交換し、放熱熱交換器４３の中の冷却用熱移動媒体の温度が外気温度以下の場合には冷却される。

そして、温調対象機器１６の発熱量が一時的に増大し、冷却用熱移動媒体の温度を急速に下げる必要がある状況になったならば、まず、第１空間２３と第２空間２４の容積比を変化させて、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量を小さくする。それでも間に合わない場合には、標準モードから逆転モードへ切り換え、温調対象機器１６に流入する冷却用熱移動媒体の温度を瞬時に外気温まで下げる。もちろん、はじめから標準モードから逆転モードへ切り換えるようにしても良い。

一方、除湿運転や暖房運転の場合には、温調対象機器１６の排熱を利用しているので、温調対象機器１６の発熱量の一時的な増大に対しては、標準モードから逆転モードへと切り換えて冷却用熱移動媒体を急速に冷却し、温調対象機器１６の過大な温度上昇を防止した後は、冷却用熱移動媒体の温度を排熱利用が可能な温度としておく必要がある。そのため、最初は冷房運転時や冷却暖房運転時と同様に、冷却用容積可変タンク８Ｂ内における流路形態の切り換えを行って、冷却用回路３０００の冷却用熱移動媒体の温度を急速に低下させる。ただし、切り換え後は、循環ポンプ４４および放熱ファン４５を停止して、放熱回路６０００側に接続された第１空間２３または第２空間２４内の冷却用熱移動媒体の温度を、外気温まで低下させないようにする。

そして、温調対象機器１６の発熱量の一時的な増大が収まったならば、流路形態の切り換えを再び行って、すなわち逆転モードから標準モードに切り換えて、放熱回路６０００側に接続されていた第１空間２３内の冷却用熱移動媒体を冷却用回路３０００に戻す。上述したように、第１空間２３が放熱回路６０００に接続されているときには循環ポンプ４４および放熱ファン４５は停止されているので、戻された第１空間２３内の冷却用熱移動媒体の温度は、標準モードから逆転モードに切り換えたときと比べて大きく変化していない。そのため、第１空間２３内の冷却用熱移動媒体を冷却用回路３０００に戻したときに、冷却用回路３０００内の冷却用熱移動媒体の温度低下は小さく、除湿運転や暖房運転に早期に復帰することができる。

−第３の実施の形態−
図１０は、本発明の第３の実施の形態を示す図であり、空調システムに適用した場合を示す。図１０に示す空調システムは、図１に示した装置の空調および冷凍サイクルに関係する部分をと同様の構成を有しており、図１に示す冷却空調システムから冷却用回路３０００、冷却用熱交換器１０Ｂ、流量制御弁２Ｂ、２Ｃ、レシーバ１１、レシーバ１１と圧縮機１の吸込配管１２をつなぐ配管、を除いた構成となっている。すなわち、第１の実施例の冷却空調システムから温調対象機器１６を冷却する機能を除き、空調の機能のみを残したものである。空調用容積可変タンク８Ａの構成は、図２に示すような構成であっても良いし、図８に示すような構成であっても良い。なお、図１から図５に示す要素と同様な要素に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。

−第４の実施の形態−
図１１は本発明の第４の実施の形態を示す図であり、冷凍サイクル冷却システムに適用した場合を示す。図１１に示す冷凍サイクル冷却システムは、図１に示す第１の実施の形態の冷却空調システムから空調用回路、空調用熱交換器１０Ａ、冷却側室内熱交換器１５Ｂ、バイパス回路２０、三方弁４、四方弁３、流量制御弁２Ａ，２Ｃ、レシーバ１１、レシーバ１１と四方弁３をつなぐ配管、を除いたものである。すなわち、本実施の形態の冷凍サイクル冷却システムは、第１の実施例の冷却空調システムから車室内を空調する機能を除き、温調対象機器１６を冷却する機能のみを残したものである。また。冷却側室内熱交換器１５Ｂの構成は、図２に示すような構成であっても良いし、図８に示すような構成であっても良い。なお、図１から図５に示す要素と同様な要素に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。

上述した実施の形態では、例えば、図１０や図１１に示すように、熱サイクルシステムは、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路１０００と、熱移動媒体を循環させる循環ポンプ５Ａ，５Ｂを有し、熱移動媒体により温調対象である温調対象機器１６や車室内空気の温度を調整する媒体循環回路（空調用回路２０００、冷却用回路３０００）と、冷凍サイクル回路１０００の冷媒と媒体循環回路の熱移動媒体との間で熱交換を行う熱交換器１０Ａ，１０Ｂと、循環回路内を循環する熱移動媒体の容積を可変にする容積可変手段としての容積可変タンク８Ａ，８Ｂと、を備える。

１：圧縮機、２Ａ〜２Ｃ：流量制御弁、３：四方弁、４：三方弁、５Ａ：空調用循環ポンプ、５Ｂ：冷却用循環ポンプ、６：室外ファン、７：室内ファン、８：容積可変タンク、８Ａ：空調用容積可変タンク、８Ｂ：冷却用容積可変タンク、９：室外熱交換器、１０Ａ：空調用熱交換器、１０Ｂ：冷却用熱交換器、１１：レシーバ、１２：吸込配管、１３：吐出配管、１５Ａ：空調側室内熱交換器、１５Ｂ：冷却側室内熱交換器、１６：温調対象機器、１９：主回路、２０：バイパス回路、２３：第１空間、２４：第２空間、２５：断熱パーティション、２６：連通孔、２７：駆動軸、２８：流入口、２９：流出口、３０：第１流入口、３１：第２流入口、３２：第１流出口、３３：第２流出口、３４：第１入口三方弁、３５：第２入口三方弁、３６：第１出口三方弁、３７：第２出口三方弁、３８：第１入口交差流路、３９：第２入口交差流路、４０：第１出口交差流路、４１：第２出口交差流路、４３：放熱熱交換器、４４：循環ポンプ、４５：放熱ファン、４７：容積タンク、８０１：アクチュエータ、１０００：冷凍サイクル回路、２０００：空調用回路、３０００：冷却用回路、４０００：制御装置、５０００：上位制御装置、６０００：放熱回路

Claims (6)

1. 冷媒を循環させる冷凍サイクルシステムと、
   熱移動媒体を循環させる循環ポンプを有し、前記熱移動媒体により温調対象の温度を調整する媒体循環回路と、
   前記冷凍サイクルシステムの冷媒と前記媒体循環回路の熱移動媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、
   前記循環回路内を循環する熱移動媒体の容積を可変にする容積可変手段と、を備えることを特徴とする熱サイクルシステム。
2. 請求項１に記載の熱サイクルシステムにおいて、
   前記容積可変手段は、
   前記循環回路に接続されて前記熱移動媒体で満たされた容器と、
   前記容器内に移動可能に配置され、該容器の内部空間を前記循環回路に接続された第１空間と前記循環回路に接続されていない第２空間とに分離する可動分離壁と、
   前記可動分離壁の移動時に、前記第１空間と前記第２空間との間における前記熱移動媒体の移動を行わせる通路と、を備えたことを特徴とする熱サイクルシステム。
3. 請求項２に記載の熱サイクルシステムにおいて、
   前記循環回路の熱移動媒体の温度応答速度をより速くしたい場合には、前記第１空間の容積を減少させるように前記可動分離壁を移動し、前記循環回路の熱移動媒体の温度応答速度をより遅くしたい場合には、前記第１空間の容積を増加させるように前記可動分離壁を移動する駆動制御手段を備えたことを特徴とする熱サイクルシステム。
4. 請求項３に記載の熱サイクルシステムにおいて、
   前記熱移動媒体の温度を検出する温度センサを備え、
   前記駆動制御手段は、
   前記温度センサで検出された温度が所定温度に達していない場合に、前記循環回路内に接続された前記第１空間の容積が減少するように前記可動分離壁を移動することを特徴とする熱サイクルシステム。
5. 請求項４に記載の熱サイクルシステムにおいて、
   前記駆動制御手段は、
   前記温度センサで検出された温度が所定温度に達したならば、前記循環回路内に接続された前記第１空間の容積が最適容積となるように前記可動分離壁を移動させることを特徴とする熱サイクルシステム。
6. 請求項３に記載の熱サイクルシステムにおいて、
   前記駆動制御部は、
   前記温調対象の稼働情報に基づいて該温調対象の温度変動が予測される場合に、前記循環回路内に接続された前記第１空間の容積が増加するように前記可動分離壁を移動することを特徴とする熱サイクルシステム。