JP5452409B2 - 熱サイクルシステム - Google Patents
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Description
(冷却空調システムの説明)
図1は、本発明による熱サイクルシステムを電気自動車の冷却空調システムに適用した場合の、冷却空調システムの概略構成を示す図である。図1に示す冷却空調システムは、車室内の空気状態を調整する空調システムとしての冷凍サイクル回路1000および空調用回路2000と、モータ、インバータ、走行駆動用バッテリおよびギアボックスなど、発熱を伴う温調対象機器16の温度を調整する温調システムとしての冷却用回路3000とを備えている。冷凍サイクル回路1000,空調用回路2000および冷却用回路3000を含む冷却空調システムは、制御装置4000により制御される。なお、制御装置4000には、車両側の上位制御装置5000から制御に必要な情報(例えば、モータトルク要求情報など)が入力される。
図1に示した空調用容積可変タンク8Aと冷却用容積可変タンク8Bとは同一構造を有しており、図2はそれらに用いられる容積可変タンク8の概略構成を示したものである。容積可変タンク8は、タンク内空間を第1空間23と第2空間24との2つに分離する断熱パーティション25を備えている。第1空間23には流入口28および流出口29が設けられており、これらを循環回路に接続することによって、第1空間23は循環回路の一部を構成することになる。
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。
図3は、除湿運転時の四方弁3の弁状態を示したものである。なお、制御装置4000および上位制御装置5000は図示を省略した。除湿運転では、冷却用回路3000に設けられた三方弁4の弁状態を制御して、温度の高い冷却用熱移動媒体を冷却側室内熱交換器15Bが設けられた主回路19へ流すようにする。このように、温度の高い冷却用熱移動媒体を冷却側室内熱交換器15Bに導入することで、空調側室内熱交換器15Bで冷却・除湿された空気が、冷却側室内熱交換器15Bによって加熱されてから車室内へ吹き出される、いわゆる再熱除湿運転が可能となる。除湿運転では、車室内へ供給される空気は相対湿度が低くなるため、車室空間の快適性を向上できる。
図4は、暖房運転時の四方弁3の弁状態を示す図である。なお、制御装置4000および上位制御装置5000は図示を省略した。暖房運転時には、暖房負荷に応じた2つの運転モードがある。一つ目の運転モードは、暖房負荷が小さい時の放熱運転モードであり、温調対象機器16からの排熱を暖房に利用することで、冷凍サイクル回路1000は暖房に利用しない。二つ目の運転モードは、温調対象機器16の排熱だけでは必要な暖房負荷に満たない場合の運転モードであって、温調対象機器16の排熱に加えて冷凍サイクル回路1000を併用する暖房放熱運転モードである。
図5は、暖房冷却運転の四方弁3の弁状態を説明する図である。なお、制御装置4000および上位制御装置5000は図示を省略した。暖房負荷が大きな場合には、上述したように冷却用熱移動媒体の目標温度を高く設定すれば良いが、温調対象機器16の仕様等により温度を上げることが困難な場合には、暖房能力を増大させることができなくなる。このような場合には、以下に説明する暖房冷却運転を行い、冷却用熱移動媒体の冷却と空調用熱移動媒体の加熱を同時に実現する。
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。
図6は、空調用回路2000に設けられた空調用容積可変タンク8Aの制御の一例を示すフローチャートである。ステップS11では、空調用循環ポンプ5Aが駆動しているか否かを判定する。ステップS11で空調用循環ポンプ5Aが駆動していると判定されるとステップS12へ進み、駆動していないと判定されると図6の制御処理を終了する。このステップS11の判定処理は、空調用循環ポンプ5Aの駆動の有無に基づいて、空調用容積可変タンク8Aの制御処理を続けるか否かを判断するものである。すなわち、空調用循環ポンプ5Aが駆動中で空調用熱移動媒体が空調用回路2000を循環している場合には、空調用容積可変タンク8Aの制御処理を継続すべくステップS12へ進む。一方、ステップS11で空調用循環ポンプ5Aが停止していると判定された場合には、空調用容積可変タンク8Aを動作させる必要がないので、空調用容積可変タンク8Aの制御処理を終了する。
次に、図7のフローチャートを用いて、冷却用容積可変タンク8Bの制御処理について説明する。図7のステップS21の処理は、上述した図6のフローチャートのステップS11の処理と同様の処理である。すなわち、ステップS21では、冷却用循環ポンプ5Bが駆動しているか否かを判定し、駆動していないと判定されると冷却用容積可変タンク8Bの制御処理を終了し、駆動中の場合にはステップS22へ進む。
以下に説明する第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態における冷却用容積可変タンク8Bの構成を変更した。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。
まず、図8を用いて標準モードについて説明する。標準モードでは、第1入口三方弁34は第1流入口30と第1空間23とを接続し、第1出口三方弁36は第1空間23と第1流出口32とを接続し、第2入口三方弁35は第2流入口31と第2空間24とを接続し、第2出口三方弁37は第2空間24と第2流出口33とを接続する。そのため、第1流入口30から流入した冷却用熱移動媒体は、第1入口三方弁34、第1空間23および第1出口三方弁36を順に経由して第1流出口32から流出される。また、第2流入口31から流入した冷却用熱移動媒体は、第2入口三方弁35、第2空間24および第2出口三方弁37を順に経由して第2流出口33から流出される。
一方、図9に示す逆転モードでは、第1入口三方弁34は第1流入口30と第2空間24とを接続し、第2出口三方弁37は第2空間24と第1流出口32とを接続し、第2入口三方弁35は第2流入口31と第1空間23とを接続し、第1出口三方弁36は第1空間23と第2流出口33とを接続する。そのため、第1流入口30から流入した冷却用熱移動媒体は、第1入口三方弁34、第1入***差流路38、第2空間24、第2出口三方弁37および第2出***差流路41を順に経由して第1流出口32から流出される。また、第2流入口31から流入した冷却用熱移動媒体は、第2入口三方弁35、第2入***差流路39、第1空間23、第1出口三方弁36および第1出***差流路40を順に経由して第2流出口33から流出される。
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。
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。
図12は本発明の第5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12に示す冷凍サイクル冷却システムは、図11に示す第4の実施の形態の冷却サイクル冷却システムから冷却用容積可変タンク8Bを除き、図1に示す第1の実施の形態の冷却空調システムの主回路19、バイパス回路20、三方弁4を設けたものである。なお、図1から図5及び図11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。
図13は本発明の第6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13に示す冷凍サイクル冷却システムは、図12に示す第5の実施の形態のバイパス回路20に、冷却用熱移動媒体を貯留する容積タンク47を設け、この容積タンク47によってバイパス回路20の容積を主回路19の容積よりも大きくしたものである。なお、図12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。
Claims (7)
- 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、
熱移動媒体の放熱を行う放熱回路と、
前記媒体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、
前記容積可変手段は、
移動可能な可動分離壁により分離された第1空間および第2空間を有する容器と、
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熱移動媒体の移動を行わせる通路と、
前記第1空間が前記媒体循環回路に接続されるとともに前記第2空間が前記放熱回路に接続される第1の接続状態と、前記第2空間が前記媒体循環回路に接続されるとともに前記第1空間が前記放熱回路に接続される第2の接続状態との切り換えを行う切換手段と、
前記第1の接続状態において、前記媒体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、前記媒体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とを備えたことを特徴とする熱サイクルシステム。 - 請求項1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、前記媒体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。 - 請求項2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、前記媒体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。 - 請求項1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、前記媒体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。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱サイクルシステムにおいて、
前記可動分離壁の一部又はすべてが断熱材料で構成されていることを特徴とする熱サイクルシステム。 - 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、
容積の異なる複数の媒体経路とを備え、
前記切換手段は、前記複数の媒体経路の内から一つを選択して前記媒体循環回路に接続することを特徴とする熱サイクルシステム。 - 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、
第1の媒体経路と、
媒体貯留タンクが設けられた第2の媒体経路とを備え、
前記切換手段は、前記第1および第2の媒体経路のいずれか一方を選択して前記媒体循環回路に接続することを特徴とする熱サイクルシステム。
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