JP5452409B2 - 熱サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱サイクルシステムに関する。

ハイブリッド自動車において、車両駆動用モータやインバータ等の機器を冷却、車室内を空調する際に、冷却水等の熱移動媒体を循環させるシステムが知られている。例えば、特許文献１に記載の発明では、冷凍サイクルを用いて熱移動媒体を冷やすことで、機器の冷却と車室内の冷房を同時に実現することが可能となっている。そして、熱移動媒体を循環させることで、各機器（モータ、インバータ）の冷却や、車室内の空調を行うようにしている。

特許第４２８５２９２号公報

ところで、機器の温度を急激に下げたい場合や空調の始動を早くしたい場合には，循環させる熱移動媒体の温度応答が早くして早期に目標温度とするのが望ましい。一方、圧縮機の消費電力や、空調の吹き出し温度の変動を小さくするためには、循環させる熱移動媒体の温度変動が小さいことが望ましい。また、各機器の発熱量変化が熱移動媒体の温度変化に与える影響や、外気温変化が熱移動媒体の温度変化に与える影響を小さくするためにも、熱移動媒体の温度変動は小さいほうが望ましい。

しかしながら、従来のシステムでは、上述した背反する条件を両立させることが難しく、熱移動媒体の温度応答速度を状況に応じて変えることができなかった。

本発明に係る熱サイクルシステムは、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、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、冷凍サイクルシステム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と、熱移動媒体の放熱を行う放熱回路と、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、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、可動分離壁の移動時に、第１空間と第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、第１空間が媒体循環回路に接続されるとともに第２空間が放熱回路に接続される第１の接続状態と、第２空間が媒体循環回路に接続されるとともに第１空間が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、第１の接続状態において、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、第１空間の容積を減少させるように可動分離壁を移動し、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、第１空間の容積を増加させるように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。

本発明によれば、熱移動媒体の温度応答速度を状況に応じて変えることができる。

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概略構成を示す図である。 容積可変タンク８の概略構成を示す図。 除湿運転時の四方弁３の弁状態を示す図。 暖房運転時の四方弁３の弁状態を示す図。 暖房冷却運転の四方弁３の弁状態を説明する図。 空調用容積可変タンク８Ａの制御処理を示すフローチャート。 冷却用容積可変タンク８Ｂの制御処理を示すフローチャート。 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り、標準モードを示す。 冷却用容積可変タンク８Ｂの逆転モードを示す図。 第３の実施の形態を示す図。 第４の実施の形態を示す図。 第５の実施の形態を示す図。 第６の実施の形態を示す図。 容積可変タンク８の他の例を示す図。

以下に説明する実施形態では、電動機を車両の唯一の駆動源とする電気自動車、すなわち純粋な電気自動車の冷却空調システムに本発明を適用した場合を例に説明する。しかしながら、鉄道車両や建設車両などの電動車両、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）、ハイブリッドトラックなどの貨物自動車、ハイブリッドバスなどの乗り合い自動車などの冷却空調システムにも、本発明は適用することができる。以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

−第１の実施の形態−
（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。

冷凍サイクル回路１０００には冷媒が充填されている。冷媒としては、例えば、エアコン用冷媒として知られているＲ１３４ａが用いられる。また、空調用回路２０００には空調用熱移動媒体が循環され、冷却用回路３０００には冷却用熱移動媒体が循環される。空調用熱移動媒体および冷却用熱移動媒体には、例えばクーラントが用いられる。

冷凍サイクル回路１０００と空調用回路２０００との間には空調用熱交換器１０Ａが設けられ、冷凍サイクル回路１０００と冷却用回路３０００との間には冷却用熱交換器１０Ｂが設けられている。空調用熱交換器１０Ａにおいては、冷凍サイクル回路１０００に充填された冷媒と空調用回路２０００を循環する空調用熱移動媒体との間の熱交換が行われる。同様に、冷却用熱交換器１０Ｂでは、冷凍サイクル回路１０００に充填された冷媒と冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体との間で熱交換が行われる。

冷凍サイクル回路１０００には、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器９および上述した空調用熱交換器１０Ａが環状に接続されている。また、室外熱交換器９には外気送風用の室外ファン６が備えられている。圧縮機１の吸込配管１２と吐出配管１３との間には、四方弁３が設けられている。四方弁３の弁状態を切り替えることにより、吸込配管１２および吐出配管１３のいずれか一方を室外熱交換器９に接続し、他方を空調用熱交換器１０Ａに接続することができる。

図１は冷房運転時の四方弁３の弁状態を示しており、吐出配管１３と室外熱交換器９とを接続すると共に、吸込配管１２と空調用熱交換器１０Ａとを接続している。一方、後述する暖房運転や暖房冷却運転時には、四方弁３は、吐出配管１３と空調用熱交換器１０Ａとを接続すると共に、吸込配管１２と室外熱交換器９とを接続するように切り換えられる。

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。

空調用回路２０００には、空調側室内熱交換器１５Ａ、空調用熱移動媒体を貯留するための空調用容積可変タンク８Ａ、空調用熱移動媒体を循環させるための空調用循環ポンプ５Ａおよび空調用熱交換器１０Ａ、が順に環状に接続されている。空調側室内熱交換器１５Ａには、車室内へ空気を送風する室内ファン７が備えられている。空調側熱交換器１５Ａにおいては、空調用熱移動媒体と室内ファン７によって車室内へ送風される空気との熱交換が行われる。２００１は空調用回路２０００を流れる熱移動媒体の温度を検出する温度センサであり、検出結果は制御装置４０００に入力される。

冷却用回路３０００には、冷却側室内熱交換器１５Ｂ、冷却用熱移動媒体を貯留するための冷却用容積可変タンク８Ｂ、温調対象機器１６、冷却用熱移動媒体を循環させるための冷却用循環ポンプ５Ｂおよび冷却用熱交換器１０Ｂが順に環状に接続されている。本実施形態では、温調対象機器１６として、モータ、インバータ、バッテリおよびギアボックスがある。上述した室内ファン７は図示下側から上側へと送風し、送風方向に対して空調側室内熱交換器１５Ａの下流側に冷却側室内熱交換器１５Ｂが配設されている。そのため、空調側室内熱交換器１５Ａから流出された空気は、冷却側室内熱交換器１５Ｂにおいて冷却用熱移動媒体と熱交換を行った後に車室内へ吹き出される。

また、冷却用回路３０００には、主回路１９に設けられた室内熱交換器１５Ｂをバイパスするバイパス回路２０が設けられている。バイパス回路２０の入口には三方弁４が設けられている。この三方弁４を切り替えることにより、冷却用熱移動媒体が流れる経路として、主回路１９またはバイパス回路２０のいずれかに選択することができる。３００１は冷却用回路３０００を流れる熱移動媒体の温度を検出する温度センサであり、検出結果は制御装置４０００に入力される。

空調用容積可変タンク８Ａは、空調用回路２０００を循環する空調用熱移動媒体の容積を変化させることができる。同様に冷却用容積可変タンク８Ｂは、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を変化させることができる。なお、本実施の形態では、空調用容積可変タンク８Ａおよび冷却用容積可変タンク８Ｂの両方が設けられているが、どちらか一方のみが設けられていても良い。

(容積可変タンクの構成)
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。

容積可変タンク８を空調用容積可変タンク８Ａとして用いる場合には、流入口２８を空調側室内熱交換器１５Ａに接続し、流出口２９を空調用循環ポンプ５Ａに接続することで、第１空間２３は空調用回路２０００の一部を構成することになる。同様に、容積可変タンク８を冷却用容積可変タンク８Ｂとして用いる場合には、流入口２８を冷却側室内熱交換器１５Ｂに接続し、流出口２９を冷却用循環ポンプ５Ｂに接続することで、第１空間２３は冷却用回路３０００の一部を構成することになる。

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。

なお、第１空間２３と第２空間２４とは連通孔２６により連通しているが、断熱パーティション２５が停止している時は、連通孔２６を介した熱移動媒体の移動は非常に小さく、第２空間２４は循環回路を構成しないと考えて良い。すなわち、断熱パーティション２５を移動したときだけ、熱移動媒体が連通孔２６内を移動する。また、断熱パーティション２５は熱伝導率の低い断熱材料（例えば、合成樹脂など）で構成されており、第１空間２３内の熱移動媒体と第２空間２４内の熱移動媒体との熱交換は、低く抑えられている。なお、断熱パーティション２５は、全体を断熱材料で形成しても良いし、一部（例えば、熱移動媒体に接触する表面部分）を断熱材料で形成しても良い。

このように容積可変タンク８の第１空間２３の容積を変化させることにより、循環回路を循環する熱移動媒体の熱容量を可変にすることができる。第１空間２３の容積を小さくすると循環回路を循環する熱移動媒体の総量が減って熱容量が小さくなるので、熱エネルギーの流出入量に対する熱移動媒体の温度変化速度（すなわち温度応答速度）はより速くなる。逆に、第１空間２３の容積を大きくすると循環回路を循環する熱移動媒体の総量が増加して熱容量が大きくなるので、温度変化速度はより遅くなる。すなわち、容積可変タンク８の第１空間２３の容積を変化させることで、熱移動媒体を状況に応じた望ましい温度応答速度にすることができる。

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。

断熱パーティション２５が停止しているときには弁体８０２，８０３は閉じ、熱移動媒体は遮断される。そのため、第１空間２３内と第２空間２４内の間での熱移動媒体の熱交換量を減らすことができる。これにより熱移動媒体の温度応答速度を調節しやすくなる。

図１４（ｂ）は断熱パーティション２５に連通孔２６を設ける代わりに、第１空間２３と第２空間２４とを連通刷る配管８０４を設けた。この場合にも、配管８０４を一対設けて、一方に弁体８０２を、他方に弁体８０３を設けるような構成としても良い。

次に、図１に示した冷却空調システムの運転動作について説明する。本実施形態では、冷却用循環ポンプ５Ｂを稼働させて温調対象機器１６の温度調整を行う。その他の機器の動作は、空調負荷や温調対象機器１６からの発熱量に応じて変化させる。以下では、冷房運転、除湿運転，暖房運転および暖房冷却運転について説明する。

（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。

圧縮機１で圧縮された冷媒は、室外熱交換器９で放熱することによって液化した後、空調用熱交換器１０Ａへ流れる冷媒と冷却用熱交換器１０Ｂへ流れる冷媒とに分岐される。空調用熱交換器１０Ａに流入する冷媒は、空調側流量制御弁２Ａで減圧されて低温・低圧となった後、空調用熱交換器１０Ａにおいて空調用回路２０００の空調用熱移動媒体から吸熱することによって蒸発し、四方弁３を通って圧縮機１へ戻る。一方、冷却用熱交換器１０Ｂへ流入した冷媒は、冷却側流量制御弁２Ｂで減圧されて低温・低圧となり、冷却用熱交換器１０Ｂにおいて冷却用回路３０００の冷却用熱移動媒体から吸熱することによって蒸発し、圧縮機１へと戻る。

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。

このように、冷房運転モードでは、空調用熱交換器１０Ａおよび冷却用熱交換器１０Ｂの両方を蒸発器として利用することで、車室内の冷房と温調対象機器１６の冷却とを同時に実現することができる。また、図１に示す構成では、空調用熱交換器１０Ａと冷却用熱交換器１０Ｂとを圧縮機１の吸込配管１２に対して並列に接続するとともに、それぞれの冷媒回路に空調側流量制御弁２Ａ、冷却側流量制御弁２Ｂを設けているので、空調用熱交換器１０Ａおよび冷却用熱交換器１０Ｂへ流れる冷媒の流量を、それぞれ任意に変えることができる。

その結果、冷却用熱移動媒体の温度と空調用熱移動媒体の温度とを、個別に所望の温度に制御することができる。例えば、冷房を行うために空調用熱移動媒体の温度を十分に下げた場合であっても、冷却用熱交換器１０Ｂへ流れる冷媒流量を抑制することで、温調対象機器１６が接続された冷却用熱移動媒体の温度を高めに保つことができる。なお、冷却用熱移動媒体の温度を制御するためには、冷却側流量制御弁２Ｂの開度を制御すれば良く、簡易的には冷却用熱移動媒体の温度が高い場合に開度を開き、温度が低い場合には開度を絞るように制御すれば良い。

なお、冷凍サイクル回路１０００の温調能力を調整するためには、圧縮機１の回転数を制御して、空調用熱移動媒体の温度が所望の温度となるように制御する。冷房負荷が大きいと判断した場合には、空調用熱移動媒体の制御目標温度を低くし、冷房負荷が小さいと判断した場合には、空調用熱移動媒体の制御目標温度を高くすることによって、負荷に応じた空調能力の制御が可能となる。

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。

（除湿運転）
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。

なお、再熱器として利用される冷却側室内熱交換器１５Ｂの熱源は、温調対象機器１６が発生するいわゆる排熱である。そのため、再熱用にヒータ等を用いる場合とは異なり、新たにエネルギーを投入する必要がないので、消費電力を増大させることなく車室内の快適性を向上させることが可能になる。

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。

（暖房運転）
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。

一つ目の放熱運転モードでは、冷却用循環ポンプ５Ｂと室内ファン７を起動し、かつ三方弁４の弁状態を制御して冷却側室内熱交換器１５Ｂに冷却用熱移動媒体を導入する。温調対象機器１６によって加熱された冷却用熱移動媒体は、冷却側室内熱交換器１５Ｂにおいて室内吹出し空気へ放熱することによって冷却され、室内吹き出し空気が加熱されることになる。このように温調対象機器１６からの排熱を暖房に利用することで、エネルギー消費を抑えて空調を行うことができる。

二つ目の暖房放熱運転モードの場合、冷凍サイクル回路１０００に設けられた四方弁３を図４で示す弁状態に切り換えて、圧縮機１の吐出配管１３を空調用熱交換器１０Ａに接続するとともに、吸込配管１２を室外熱交換器９に接続する。すなわち、空調用熱交換器１０Ａを凝縮器、室外熱交換器９を蒸発器とするサイクルが形成される。

圧縮機１で圧縮された冷媒は、空調用熱交換器１０Ａで空調用熱移動媒体へ放熱することによって凝縮液化する。その後、流量制御弁２Ｃで減圧された後、室外熱交換器９において室外空気との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へと戻る。なお、この運転モードでは、流量制御弁２Ａは全開、流量制御弁２Ｂは全閉とし、冷却用熱交換器１０Ｂは利用しない。

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。

このように室内吹出し空気は、冷凍サイクル回路１０００によって加熱された後に、温調対象機器１６の排熱でさらに加熱される構成となっている。そのため、空調側室内熱交換器１５Ａからの吹出し空気温度を、冷却側室内熱交換器１５Ｂからの室内吹出し空気温度に対して低く保つことができる。すなわち、温調対象機器１６からの排熱を暖房に利用することによって、エネルギー消費の少ない空調装置を構成することができる。

また、冷凍サイクル回路１０００の温調能力を制御することにより、温調対象機器１６の発熱に応じて冷却用熱移動媒体の温度を制御することができる。温調対象機器１６からの発熱量が増大した場合には、冷却用熱移動媒体の温度が上昇するので、冷凍サイクル回路１０００の温調能力を抑制する。これによって空調側室内熱交換器１５Ａからの放熱量が抑制され、冷却側室内熱交換器１５Ｂへ流入する空気の温度が低くなるので、冷却用熱移動媒体からの放熱量が増大し、冷却用熱移動媒体の温度上昇が抑制される。逆に、温調対象機器１６からの発熱量が減少した場合には、冷却用熱移動媒体の温度が低下するので、冷凍サイクル回路１０００の温調能力を増大させ、空調側室内熱交換器１５Ａから冷却側室内熱交換器１５Ｂに流入する空気の温度を上げることで、冷却用熱移動媒体の温度低下を抑制する。

なお冷凍サイクル回路１０００の温調能力を制御するための具体例としては、圧縮機１の回転数を制御すれば良い。また、冷却用熱移動媒体の温度を所定の温度域に保つ制御は、温調対象機器１６の温度が使用可能な温度域から外れるなどの不具合を回避するうえでも有効である。

（暖房冷却運転）
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。

暖房冷却運転では、暖房放熱運転モードと同様に、空調用熱交換器１０Ａを凝縮器、室外熱交換器９を蒸発器とするサイクルを構成し、さらに流量制御弁２Ｂを開けて、冷却用熱交換器１０Ｂを蒸発器として利用する。空調用熱交換器１０Ａで凝縮・液化した冷媒はレシーバ１１内で分岐し、分岐した一方の冷媒は流量制御弁２Ｃで減圧された後、室外熱交換器９で蒸発して圧縮機１へ戻る。分岐した他方の冷媒は冷却側の流量制御弁２Ｂで減圧され、冷却用熱交換器１０Ｂで冷却用熱移動媒体を冷却することによって蒸発・ガス化し、圧縮機１へと戻る。

暖房冷却運転では、温調対象機器１６からの排熱は、冷却用熱交換器１０Ｂで冷凍サイクル回路１０００の熱源として回収され、空調用熱交換器１０Ａから空調用回路２０００を通って、空調側室内熱交換器１５Ａから車室内へ放熱される。このように、温調対象機器１６の温度を抑制しながら温調対象機器１６の排熱を回収して暖房に利用することが可能となっている。さらに、室外熱交換器９を用いて外気から吸熱することが可能となっているので、暖房能力を増大させることができる。

また、レシーバ１１と室外熱交換器９との間に流量制御弁２Ｃを備える構成としたので、流量制御弁２Ｂと流量制御弁２Ｃの開度をそれぞれ制御することによって、冷却用熱移動媒体からの吸熱量と外気からの吸熱量を個別に制御することが可能である。なお、冷却用熱移動媒体の温度が、空調用熱移動媒体の温度よりも低くなると、空調側室内熱交換器１５Ａで加熱した空気を冷却側室内熱交換器１５Ｂで冷却してしまうことになる。このような場合には、冷却用回路３０００において三方弁４の弁状態を制御し、バイパス回路２０を利用することで、冷却用熱交換器１０Ｂで冷却された冷却用熱移動媒体によって、室内吹出し空気が冷却されることを防止できる。

暖房冷却運転から暖房負荷が下がり、暖房放熱運転モードに移行する場合に、冷却用熱移動媒の温度が低いと吹出し温度が低い等の不具合が生じる可能性があるので、移行する前に冷却用熱移動媒体の温度を上げておくことが望ましい。冷却用熱移動媒体の温度は冷却用熱交換器１０Ｂの熱交換量を可変とすることで制御することができるので、冷却側流量制御弁２Ｂの開度を制御すれば良い。なお、暖房冷却運転中も冷却用熱移動媒体の温度を高く保ち、空調用熱移動媒体の温度が冷却用熱移動媒体の温度よりも下がったことを検知した場合には、暖房負荷が下がったと判断することができるので、暖房冷却運転から暖房放熱運転モードへ移行することができる。

《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。

（空調用容積可変タンク８Ａの制御）
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。

ところで、空調用循環ポンプ５Ａが駆動されて空調が動作中であっても、空調用熱移動媒体の温度が予め決められた目標温度に到達していないと、車室内に吹き出される空気の温度を適温にすることができない。そこで、ステップＳ１２では、図１に示した温度センサ２００１で検出された空調用熱移動媒体の温度と、空調用熱移動媒体の目標温度とを比較し、空調用熱移動媒体の温度が目標温度に達したか否かを判定する。この目標温度は、空調設定温度に応じて制御装置４０００において決定される温度である。

ステップＳ１２において目標温度に達していないと判定されると、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、空調用熱移動媒体の温度が早急に目標温度となるように、図２に示す断熱パーティション２５を下方に移動して、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を減少させる。前述したように、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積が減少すると、空調用回路２０００内を循環する空調用熱移動媒体の量が減少して熱容量が小さくなるので、温度変化速度が速くなってより短時間で目標温度に達するようになる。ステップＳ１５における容積変化量は、予め設定された所定量でも良いし、目標温度と検出された空調用熱移動媒体の温度との差に応じて設定するようにしても良い。

ステップＳ１５において断熱パーティション２５を下方に移動させたならば、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理を再び順に行う。そして、空調用熱移動媒体の温度が目標温度に達するまで、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１５の処理が繰り返し実行される。なお、ステップＳ１５において、圧縮機１の回転数を上昇させる処理をさらに行うようにしても良い。それにより冷凍サイクル回路１０００の温調能力が高まり、より早期に目標温度に達することができる。また、空調始動時においては、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積は下限値に設定されているので、ステップＳ１５の処理で断熱パーティション２５は移動されず、容積下限値が維持されることになる。

一方、ステップＳ１２において空調用熱移動媒体の温度が目標温度に達したと判定されると、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積が予め設定されている目標容積に達したか否かを判定する。ここで、第１空間２３の目標容積とは、空調用回路２０００が定常的に能力を発揮できる余裕を持った空調用熱移動媒体量（総量）を確保できる最適容積を意味する。例えば、空調用熱交換器１０Ａにおける熱交換量が変動したり、空調負荷が変動した場合でも、空調用熱移動媒体の温度変化を小さく抑えることができる程度に余裕を持たせている。上述した容積下限値は、一時的に熱応答速度を高めるための容積であって、この目標容積よりも小さく設定されている。

ステップＳ１３で第１空間２３の容積が目標容積に達したと判定されるとステップＳ１４へ進み、目標容積に達していないと判定されるとステップＳ１６へ進む。例えば、目標温度に到達させるためにステップＳ１５で第１空間２３の容積を容積下限値付近まで減少させた場合には、空調用回路２０００を循環する空調用熱移動媒体の総量をシステムとして必要な量とするために、ステップＳ１３でＮＯと判定しステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を増大させる。なお、ステップＳ１６における容積の増大は、空調用回路２０００に振り分けられる冷凍サイクル回路１０００の温調能力に応じて行われる。

空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を増大させると、断熱パーティション２５の連通穴２６を通って第２空間２４の空調用熱移動媒体が第１空間２３に流れ込む。第２空間２４に溜まっていた空調用熱移動媒体の温度は、周囲への放熱または周囲からの熱侵入によって、循環している空調用熱移動媒体の温度と異なっている。暖房時であれば循環している空調用熱移動媒体の温度よりも低く、逆に冷房時であれば、循環している空調用熱移動媒体の温度よりも高い。そのため、冷凍サイクル回路１０００から空調用回路２０００に振り分けられる温調能力に余裕がないと、第１空間２３の容積を増大させたときに空調用熱移動媒体の温度が変動してしまうことになる。

そのため、第１空間２３の容積を増大させる場合には、冷凍サイクル回路１０００の温調能力の余裕分だけ増大させる。例えば、第２空間２４に滞留している空調用熱移動媒体の温度を温度センサで検出し、空調用回路２０００を循環している空調用熱移動媒体の温度と第２空間２４に滞留している空調用熱移動媒体の温度との差と、冷凍サイクル回路１０００の温調能力とに基づいて、ステップＳ１６における容積増大量を推定し、その推定結果に基づいて断熱パーティション２５を移動させる。

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。

一方、ステップＳ１３において空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積が目標容積に達している場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では上位制御装置５０００からの車両情報に基づいて、空調用回路２０００と冷却用回路３０００の必要能力が冷凍サイクル回路１０００の最大温調能力を超える見込みがあるか否かを判定する。

ここで車両情報とは、車両制御装置側から入力される車速情報やカーナビゲーション情報などである。例えば、車速が増加する傾向にある場合には、温調対象機器１６の発熱量増大により空調および機器冷却に必要な能力の増大が見込まれる。また、ナビゲーション情報から山道が予測されるような場合にも、機器冷却に必要な能力の増大が推定される。

その結果、温調対象機器１６の発熱量が一時的に増大し、温調対象機器１６の冷却と車室内の空調の維持に必要な冷凍サイクル回路１０００の温調能力が、冷凍サイクル回路１０００の最大温調能力を超える見込みがある場合には、ステップＳ１４からステップＳ１６に進んで、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を予め増大させる。

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。

ステップＳ１４でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１１へ戻る。このように、空調用回路２０００に空調用容積可変タンク８Ａを設けて、第１空間２３の容積を変化させることで空調用熱移動媒体の熱容量を小さくしたり、逆に大きくしたりすることで、熱応答速度を高めて空調温度を素早く適温にしたり、一時的に空調側への温調能力の振り分けが小さくなった場合の空調温度の変動を抑えたりすることができる。その結果、空調の快適性を向上させることができる。

（冷却用容積可変タンク８Ｂの制御処理）
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。

ステップＳ２２では、温調対象機器１６の発熱量が一時的に増大し、冷却用熱移動媒体を急速に冷却する必要があるか否かを判定する。温調対象機器１６の発熱量増大としては、モータ負荷の増大によるモータやインバータの発熱量増加があり温調対象機器１６の温度は温度センサ３００１によって検出される。ステップＳ２２では、温度センサ３００１の検出温度に基づいて、冷却用熱移動媒体を急速に冷却する必要があるか否かを判定する。

なお、ここでは、温度センサ３００１の検出温度に基づいて、冷却用熱移動媒体を急速に冷却する必要があるか否かを判定したが、図６のステップＳ１４の場合と同じように、上位制御装置５０００からの車両情報とに基づいて、冷却用熱移動媒体の急速冷却の必要性を予測するようにしても良い。急速冷却が必要と予測されたならば、ステップＳ２７の処理を行って、予め冷却用熱移動媒体の温度を下げておき、温調対象機器１６の温度上昇に備えるようにする。

ステップＳ２２で冷却用熱移動媒体を急速に冷却する必要があると判定されると、ステップＳ２７へ進んで冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積を減少させる。その結果、冷却用回路３００を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が小さくなり、冷却用熱移動媒体を早期に目標温度まで低下させることができる。このように、温調対象機器１６の一時的な発熱増大に対しては、ステップＳ２２およびステップＳ２７の処理により、すなわち冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積減少により効果的に対処することができる。一方、ステップＳ２２において冷却用熱移動媒体を急速に冷却する必要がないと判定された場合には、ステップＳ２３へ進む。

ところで、上述した空調用回路２０００の空調用容積可変タンク８Ａの場合と異なり、冷却用容積可変タンク８Ｂの制御の仕方は、冷却空調システムの運転動作によって異なる。すなわち、除湿運転および暖房運転の場合には温調対象機器１６の排熱を、暖房に利用しているので、冷却用熱移動媒体に対して暖房として利用できるための目標温度がある。例えば、暖房運転のときは、空調側室内熱交換器１５Ａで暖められた空気が、冷却側室内熱交換器１５Ｂでさらに暖められる構成となっているので、冷却用熱移動媒体の温度は、空調用熱移動媒体の温度、より正確には冷却側室内熱交換器１５Ｂに流入する空気の温度よりも高くなっていることが必要である。ただし、温調対象機器１６に不具合が生じない程度の温度が目標温度として選ばれる。その要求温度が目標温度であって、例えば、４０℃程度が選ばれる。

一方、冷房運転および冷却暖房運転の場合には排熱をこのように利用していない。そのため、ステップＳ２３の判断処理では、冷却空調システムの運転動作が除湿運転か暖房運転の場合にはステップＳ２４へ進み、運転動作が冷房運転か冷却暖房運転であればステップＳ２５へ進む。

除湿運転の時や暖房運転の始動時などにおいて、冷却用熱移動媒体の温度が空調用熱移動媒体の温度よりも低い場合には、除湿運転や暖房運転を効果的に行わせるために、冷却用熱移動媒体の温度を早期に上述の目標温度まで上昇させることが望ましい。そのため、ステップＳ２４に進んだ場合には、ステップＳ２４で冷却用熱移動媒体の検出温度と上記目標温度とを比較する。そして、ステップＳ２４において冷却用熱移動媒体が目標温度より低いと判定された場合には、場合にはステップＳ２７へ移動して、冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積を減少させる。このように構成することにより、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が小さくなり、冷却用熱移動媒体を早期に目標温度まで上昇させることができる。

ステップＳ２４において冷却用熱移動媒体の温度が目標温度に達したと判定された場合には、ステップＳ２８へ進み、冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積を、温調対象機器１６の発熱量に応じて増大させる。ステップＳ２８の処理は、図６のステップＳ１６と同様の処理であり、ステップＳ２８の処理によって冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が大きくなり、冷却用熱移動媒体の温度が変化し難くなる。その結果、空調の吹き出し温度の変動が小さくなり、空調の快適性を向上させることができる。

一方、運転動作が冷房運転か冷却暖房運転であって、ステップＳ２３からステップＳ２５へ進んだ場合には、温調対象機器１６の発熱量変動が規定値以上か否かを判定する。この判定は、車両側から送信されるモータの運転情報、具体的にはモータ要求トルクに基づいて判定を行う。

山道走行などにおいてモータ運転状況が頻繁に変化し、温調対象機器１６の発熱量の変動が激しい場合がある。そのような場合には冷却用熱移動媒体の温度変化が大きく、それに対応して冷却側流量制御弁２Ｂの開閉量や圧縮機１の回転数が頻繁に変化する。このような状態は、圧縮機１の消費エネルギ増大や、圧縮機１、冷却側流量制御弁２Ｂの寿命低下を招き、好ましくない。

そのため、ステップＳ２５では、モータ要求トルク情報に基づいて、温調対象機器１６の発熱量変動が規定値以上になることが判定された場合には、ステップＳ２８へ進んで、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。ここで、規定値とは、圧縮機１の消費エネルギ増大や、圧縮機１、冷却側流量制御弁２Ｂの寿命低下を招く程度の発熱量変動であり、予め設定されている。その結果、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、温調対象機器１６の発熱量の変動が激しい場合であっても、冷却用熱移動媒体の温度変化を抑えることができる。

なお、ステップＳ２５において、モータ情報としてモータ要求トルクに代えてモータ温度や冷却用熱移動媒体の温度情報を用いることもできる。ただし、モータ温度を用いる場合にはモータ温度が実際に上昇したことを検出してから対応するので、モータ要求トルク情報を用いるほうがより早期に対応することが可能となる。もちろん、モータ温度情報とモータ要求トルク情報との両方を用いて、より正確にモータ温度上昇を予測するようにしても良い。

ステップＳ２５の処理が終了したら、ステップＳ２１へ戻る。一方、ステップＳ２５において、温調対象機器１６の発熱量変動が規定値以下であると判定された場合には、ステップＳ２６へ進む。

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。

ステップＳ２６の処理が終了したら、ステップＳ２１へ戻る。このように、本実施の形態では、容積可変タンク８Ａ，８Ｂを設けたことにより、熱移動媒体の容積を減少することで温度応答速度を速くしたり、熱移動媒体の容積を増大することで温度応答速度を遅くして、温度安定性の向上を図ったりすることができる。すなわち、熱移動媒体の温度応答速度を状況に応じて変えることが可能となる。

−第２の実施の形態−
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。

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。

第１流入口３０は、第１入口三方弁３４を介して第１空間２３および第２空間２４の入口側に接続されている。すなわち、第１入口三方弁３４を切り換えることによって、第１流入口３０は、第１空間２３および第２空間２４のいずれか一方に選択的に接続される。第２流入口３１は、第２入口三方弁３５を介して第１空間２３および第２空間２４の入口側に接続されている。すなわち、第２入口三方弁３５を切り換えることによって、第２流入口３１は、第１空間２３および第２空間２４のいずれか一方に選択的に接続される。

一方、第１空間２３の出口側には第１出口三方弁３６が設けられている。第１空間２３は、第１出口三方弁３６を切り換えることによって、第１流出口３２および第２流出口３３のいずれか一方に選択的に接続される。なお、第１出口三方弁３６と第２流出口３３との間には第１出口交差流路４０が設けられている。また、第２空間２４の出口側には第２出口三方弁３７が設けられている。第２空間２４は、第２出口三方弁３７を切り換えることによって、第１流出口３２および第２流出口３３のいずれか一方に選択的に接続される。なお、第２出口三方弁３７と第１流出口３２との間には第２出口交差流路４１が設けられている。

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。

第１流入口３０および第１流出口３２は冷却用回路３０００に接続されている。すなわち、図１に示す主回路１９、バイパス回路２０を通った冷却用熱移動媒体は冷却用容積可変タンク８Ｂの第１流入口３０へ流入し、冷却用容積可変タンク８Ｂの第１流出口３２から流出した冷却用熱移動媒体は温調対象機器１６へ流入される。

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。

本実施形態の冷却用容積可変タンク８Ｂでは、冷却用容積可変タンク８Ｂ内における冷却用熱移動媒体の流れ（流路形態）に関して２つの形態、すなわち標準モードと逆転モードとがある。標準モードは図８に示す形態であって、逆転モードは図９に示す形態である。

（標準モード）
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。

（逆転モード）
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入口交差流路３８、第２空間２４、第２出口三方弁３７および第２出口交差流路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入口交差流路３９、第１空間２３、第１出口三方弁３６および第１出口交差流路４０を順に経由して第２流出口３３から流出される。

本実施の形態では、第１の実施の形態の冷却用容積可変タンク８Ｂの場合と同様に、断熱パーティション２５を移動することによって第１空間２３と第２空間２４と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容積を変更するだけでなく、以下に説明するように、図８に示す標準モードと図９に示す逆転モードとを切り換えて用いることができる。

例えば、標準モードから逆転モードに切り換えた場合、標準モードでは冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３が冷却用回路３０００に接続されることになるが、逆転モードに切り換えると、第１空間２３は冷却用回路３０００と切り離され、第２空間２４が冷却用回路３０００に接続されることになる。

すなわち、冷却用回路３０００に含まれる冷却用熱移動媒体を考えると、第１空間２３の冷却用熱移動媒体が、放熱回路６０００を構成する第２空間２４の冷却用熱移動媒体に瞬時に交換されることになる。逆転モードから標準モードに切り換える場合も同様で、第２空間２４の冷却用熱移動媒体が、放熱回路６０００を構成する第１空間２３の冷却用熱移動媒体に瞬時に交換されることになる。

上述したように、放熱回路６０００に設けられている循環ポンプ４４および放熱ファン４５を駆動することにより、標準モードの場合には、冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３内の冷却用熱移動媒体を外気温度に保つことができ、逆転モードの場合には、第２空間２４内の冷却用熱移動媒体を外気温度に保つことができる。そのため、第１空間２３の冷却用熱移動媒体の温度と第２空間２４の冷却用熱移動媒体の温度とが異なるときに、例えば標準モードから逆転モードへ切り換えると、第１流出口３２から流出されて温調対象機器１６へ流入する冷却用熱移動媒体の温度を、第１空間２３内の冷却用熱移動媒体の温度から、第２空間２４内の冷却用熱移動媒体の温度へ、瞬時に切り換えることができる。

例えば、冷房運転時や冷却暖房運転時に、温調対象機器１６の発熱量増大が見込まれる場合がある。予め循環ポンプ４４および放熱ファン４５を駆動し、放熱回路６０００を構成している第２空間２４の冷却用熱移動媒体の温度を外気温度まで冷却しておく。なお、以下では、標準モードから逆転モードに切り換える場合を例に説明するが、逆転モードから標準モードに切り換える場合も同様である。

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。

なお、上述した流路形態の切り換えは、１度でも良いし、温調対象機器１６の発熱量増大状態が治まるまで数度繰り返し行っても良い。

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。

上述したように、本実施の形態における冷却用容積可変タンク８Ｂの構成は、温調対象機器１６の発熱量が一時的に増大した場合においても、より効果的に機能させることができる。

−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。

本実施形態の空調システムの運転モードには、冷房モードと暖房モードがある。本実施形態の空調システムの冷房モードは、第１の実施の形態の冷却空調システムの冷房モードから温調対象機器１６を冷却する機能を除いたものであり、空調システムの暖房モードは冷却空調システムの暖房放熱運転モードにおいて、温調対象機器１６からの排熱を利用しない場合に相当する。冷凍サイクル回路１０００を循環する冷媒の流量は、空調側の流量制御弁２Ａの開閉により調節する。

空調の始動時など、空調用熱移動媒体の温度が目標温度に到達していないと、空調の吹出温度を適温にすることができない。このような場合には、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を減少させる。このように構成することにより、空調用回路を循環する空調用熱移動媒体の熱容量が小さくなり、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。

空調用熱移動媒が目標温度に到達した後は、冷凍サイクル回路１０００の温調能力に応じて、空調用容積可変タンク８Ａの第１空間２３の容積を増大させる。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変動が低減する。これにより空調の快適性を向上させることができる。

−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。

温調対象機器１６の発熱量が一時的に増大し、冷却用熱移動媒体を急速に冷却したい場合、冷却用容積可変タンク８Ｂの第１空間２３の容積を減少させる。このように構成することにより、冷却用回路を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が小さくなり、冷却用熱移動媒体を早期に目標温度にすることができる。なお、冷凍サイクル回路１０００を循環する冷媒の流量は流量制御弁２Ｂの開閉により調節する。

山道での運転などにおいては温調対象機器１６の発熱量の変動が激しく、そのような場合には、冷却用熱移動媒体の温度変化が大きくなって、流量制御弁２Ｂの開閉量や圧縮機１の回転数が頻繁に変化する。このような状態は圧縮機１の消費エネルギ増大や、圧縮機１、冷却側流量制御弁２Ｂの寿命低下を招き、好ましくない。このようなときには、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。このように構成することにより、冷却用回路を循環する冷却用熱移動媒体の熱容量が大きくなり、冷却用熱移動媒体の温度変化を抑えることができる。

−第５の実施の形態−
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。

第５の実施の形態では、バイパス回路２０は主回路１９よりも容積が大きくなっている。また、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を可変にする構成として、冷却用熱移動媒体の循環する経路を主回路１９とバイパス回路２０の間で切り換えるようにしている。冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を大きくする場合には、冷却用熱移動媒体がバイパス回路２０を通過するように三方弁４を切り換える。逆に、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を小さくする場合には、主回路１９を冷却用熱移動媒体が通過するように三方弁４を切り換える。

以上のように、本実施の形態では、容積の異なる２つの媒体経路（主回路１９とバイパス回路２０）を備え、温度応答性を早くしたい場合には三方弁４を切り換えて容積の小さな主回路９０を選択し、温度応答性を遅くしたい場合には三方弁４を切り換えて容積の大きなバイパス回路２０を選択することで、状況に応じてより望ましい温度応答性を得ることができる。なお、図１２に示した実施形態では、容積の異なる媒体経路を２つとしたが、３つ以上設けてより細かく温度応答速度を変更できるようにしても良い。

−第６の実施の形態−
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。

本実施の形態では、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を可変にする手段として、冷却用熱移動媒体の循環する経路を主回路１９とバイパス回路２０の間で切り換える。冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を大きくする場合には、冷却用熱移動媒体がバイパス回路２０を通過するように三方弁４を切り換える。逆に、冷却用回路３０００を循環する冷却用熱移動媒体の容積を小さくする場合には、冷却用熱移動媒体が主回路１９を通過するように三方弁４を切り換える。

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。

このように、容積可変タンク８Ａ，８Ｂを設けたことにより、熱移動媒体の容積を減少することで温度応答速度を速くしたり、熱移動媒体の容積を増大することで温度安定性も向上を図ったりすることができる。すなわち、熱移動媒体の温度応答速度を状況に応じて変えることが可能となる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、図２に示した容積可変タンク８に対しても、図８に示すような放熱回路６０００を負荷するようにしても良い。また、車両以外の熱サイクルシステムにも適用することができる。

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 (7)

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、
   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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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