CN113490821A - 热传输介质及热传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种热传输介质，用于热传输系统，该热传输系统具备供制冷剂循环的制冷循环装置(10)和设置有冷却对象设备(33～35)的热传输介质回路(30)。热传输介质在热传输介质通路循环，与制冷剂进行热交换而被冷却，并从冷却对象设备吸热。热传输介质是将羧酸盐溶解于水的羧酸盐水溶液。通过使用羧酸盐水溶液作为热传输介质，能够确保在低温下的低粘度。羧酸盐水溶液的热交换效率较高，因此能够提高热传输介质的冷却性能。

Description

热传输介质及热传输系统
技术领域
本发明涉及一种热传输介质及热传输系统。
相关申请的相互参照
本申请基于2019年2月8日提出的日本专利申请2019-21282号，将其记载内容援用于此。
背景技术
专利文献1中记载了一种装置，通过冷机来使制冷循环的制冷剂与低温冷却水回路的低温冷却水进行热交换，冷却低温冷却水。在该装置中，使用乙二醇水溶液等作为低温冷却水。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-110898号公报
然而，由于乙二醇水溶液在低温时粘度变高，因此低温冷却水回路的压力损失变大。因此，导致用于使低温冷却水循环的泵动力增大。另外，在通过低温冷却水来冷却电池等电气设备的情况下，为了防止漏电，有时采取将电气设备收纳于壳体的防水对策。在采取这样的防水对策的情况下，可能热的移动阻力变大，低温冷却水的冷却性能不足。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，抑制热传输介质在低温下的粘度增大，进而确保热传输介质的冷却性能。
在本发明的第一方式是一种热传输介质，用于热传输系统，该热传输系统具备供制冷剂循环的制冷循环装置以及设置有冷却对象设备的热传输介质回路。热传输介质在热传输介质通路循环，与制冷剂进行热交换而被冷却，并从冷却对象设备吸热。热传输介质是将羧酸盐溶解于水的羧酸盐水溶液。
本发明的第二方式是一种热传输系统，具备供第一方式的热传输介质循环的热传输介质回路、制冷循环装置、冷却用热交换器以及冷却对象设备。制冷循环装置供制冷剂循环。冷却用热交换器使制冷剂与热传输介质进行热交换，从而冷却热传输介质。冷却对象设备设置于热传输介质回路，并被热传输介质吸热。
这样，通过使用羧酸盐水溶液作为热传输介质，从而能够确保低温时的低粘度。因此，即使在低温环境下，也能够抑制热介质回路中的压力损失增大，能够抑制泵动力增大。
另外，由于羧酸盐水溶液的热交换效率较高，所以，能够提高热传输介质的冷却性能。因此，即使在电气设备经由隔壁而与热传输介质进行热交换这样的热的移动阻力较大的结构中，也能够确保所需的冷却能力。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的热传输系统的结构的图。
图2是表示电池与冷却器的配置关系的图。
图3是表示羧酸盐水溶液的热交换效率的图表。
具体实施方式
以下，基于附图对应用了本发明的热传输系统的最优选的实施方式进行说明。
本实施方式的热传输系统1搭载于从行驶用电动机获得车辆行驶用的驱动力的电动汽车。热传输系统1也可以搭载于从发动机(换言之，内燃机)和行驶用电动机获得车辆行驶用的驱动力的混合动力汽车。本实施方式的热传输系统1作为进行车室内空间的温度调整的空调装置发挥功能，作为对搭载于车辆的电池33等进行温度调整的调温装置发挥功能。
如图1所示，热传输系统1具有制冷循环装置10、高温介质回路20以及低温介质回路30。在高温介质回路20和低温介质回路30中，通过热传输介质进行热的传输。低温介质回路30的热传输介质的温度比高温介质回路20的热传输介质低。因此，也将高温介质回路20的热传输介质称为高温侧热传输介质，将低温介质回路30的热传输介质称为低温侧热传输介质。另外，高温介质回路20相当于高温侧热传输介质回路，低温介质回路30相当于热传输介质回路。
制冷循环装置10是蒸汽压缩式冷冻机，具有供制冷剂循环的制冷剂循环流路11。制冷循环装置10作为将低温介质回路30的低温侧热传输介质的热汲取至制冷剂的热泵发挥作用。
在本实施方式的制冷循环装置10中，使用氟利昂类制冷剂作为制冷剂，构成高压侧制冷剂压力不超过制冷剂的临界压力的亚临界制冷循环。在制冷剂循环流路11中，配置有压缩机12、冷凝器13、膨胀阀14以及热传输介质用蒸发器15。另外，冷凝器13相当于加热用热交换器，热传输介质用蒸发器15相当于冷却用热交换器。
压缩机12是被从电池33供给的电力驱动的电动压缩机，吸入制冷剂，压缩并而排出制冷剂。冷凝器13是通过使从压缩机12排出的高压侧制冷剂与高温介质回路20的热传输介质进行热交换来使高压侧制冷剂冷凝的高压侧热交换器。在冷凝器13中，通过制冷循环装置10的高压侧制冷剂来加热高温介质回路20的热传输介质。
膨胀阀14是使从冷凝器13流出的液相制冷剂减压膨胀的减压部。膨胀阀14具有感温部，是通过膜片等机械性机构来驱动阀芯的机械式的温度式膨胀阀。
热传输介质用蒸发器15是通过使流出膨胀阀14的低压制冷剂与低温介质回路30的热传输介质进行热交换来使低压制冷剂蒸发的低压侧热交换器。在热传输介质用蒸发器15蒸发后的气相制冷剂被吸入至压缩机12并被压缩。
热传输介质用蒸发器15是通过制冷循环装置10的低压制冷剂来冷却低温介质回路30的热传输介质的冷机。在热传输介质用蒸发器15中，低温介质回路30的热传输介质的热被制冷循环装置10的制冷剂吸热。
高温介质回路20具有供高温侧热传输介质循环的高温侧循环流路21。能够使用乙二醇类的防冻液(LLC)等作为高温侧热传输介质。高温侧热传输介质被封入在构成高温侧循环流路21的配管内。本实施方式的高温介质回路20是未设置当高温侧热传输介质的压力在规定值以上时开放的压力调整阀的密闭式。
在高温侧循环流路21中，配置有高温侧泵22、加热器芯23以及冷凝器13。
高温侧泵22将在高温侧循环流路21循环的热传输介质吸入并排出。高温侧泵22是电动式的泵。高温侧泵22调整在高温介质回路20循环的热传输介质的流量。
加热器芯23是使高温介质回路20的热传输介质与向车室内吹送的空气进行热交换从而加热向车室内吹送的空气的空气加热用热交换器。在加热器芯23中，通过热传输介质来加热向车室内吹送的空气。
在加热器芯23被加热的空气向车室内供给，进行车室内的制热。通过加热器芯23进行的制热主要在冬季进行。在本实施方式的热传输系统中，被低温介质回路30的低温侧热传输介质吸热的外气的热通过制冷循环装置10而被汲取至高温介质回路20的高温热传输介质，用于室内的制热。
低温介质回路30具有供低温侧热传输介质循环的低温侧循环流路31。低温侧热传输介质被封入在构成低温侧循环流路31的配管内。本实施方式的低温介质回路30是未设置当低温侧热传输介质的压力在规定值以上时开放的压力调整阀的密闭式。另外，后述低温侧热传输介质。
在低温侧循环流路31中，配置有低温侧泵32、热传输介质用蒸发器15、电池33、逆变器34、电动发电机35以及室外热交换器36。在图1所示的例中，在低温侧热传输介质的流动方向上，电池33、逆变器34、电动发电机35、室外热交换器36、低温侧泵32依次连接，但并不限于该连接顺序。另外，在图1所示的例中，电池33、逆变器34、电动发电机35、室外热交换器36以及低温侧泵32串联连接，但也可以是这些设备中的一个以上的设备与其他设备并联连接。
低温侧泵32将在低温侧循环流路31循环的热传输介质吸入并排出。低温侧泵32是电动式的泵。低温侧泵32调整在低温介质回路30循环的热传输介质的流量。
电池33是能够充放电的二次电池，能够使用例如锂离子电池。能够使用由多个电池单元构成的电池组作为电池33。
在车辆停车时，从外部电源(换言之，商用电源)供给的电力能够对电池33充电。存储于电池33的电力不仅供给至行驶用电动机，还供给至以构成热传输系统1的电动式构成设备为首的各种车载设备。
逆变器34将从电池33供给的直流电转换为交流电而输出至电动发电机35。电动发电机35利用从逆变器34输出的电力而产生行驶用驱动力，并且在减速期间、下坡期间产生再生电力。
室外热交换器36使低温介质回路30的热传输介质与外气进行热交换。通过未图示的室外送风机，外气被吹送至室外热交换器36。
电池33、逆变器34以及电动发电机35是使用电而工作的电气设备，在工作时发热。电池33、逆变器34以及电动发电机35是被低温侧热传输介质冷却的冷却对象设备。
在本实施方式的低温侧循环流路31中，与电气设备33～35对应地设置有冷却器37～39。第一冷却器37与电池33对应，第二冷却器38与逆变器34对应，第三冷却器39与电动发电机35对应。另外，第一冷却器37相当于冷却器。
低温侧热传输介质在冷却器37～39流通。电气设备33～35被流动于冷却器37～39的低温侧热传输介质冷却。
在第一冷却器37和第二冷却器38中，不通过其他的热传输介质而通过低温侧热传输介质冷却电池33和逆变器34。第三冷却器39是通过低温侧热传输介质来对循环于油回路40的油进行冷却的油冷却器。油通过在电动发电机35的内部流动来进行电动发电机35的润滑和冷却。
如图2所示，电池33和第一冷却器37收纳于壳体41。第一冷却器37经由绝热件42配置于壳体41的底面。在第一冷却器37的上方配置有电池33。
在电池33与第一冷却器37之间设置有隔壁43。隔壁43将电池33与第一冷却器37隔开，是为了电池33的防水对策而设置的。通过隔壁43，即使在低温侧热传输介质从第一冷却器37流出的情况下，也能够使低温侧热传输介质不接触到电池33。电池33的热经由隔壁43传递至在第一冷却器37流动的低温侧热传输介质。
在冷却器37～39中，进行从作为冷却对象设备的电池33、逆变器34以及电动发电机35向低温侧热传输介质的吸热。在室外热交换器36中，进行从外气向低温侧热传输介质的吸热。即，电池33、逆变器34、电动发电机35以及室外热交换器36是进行向低温侧热传输介质的吸热的被吸热设备。
接着，对低温侧热传输介质进行说明。低温侧热传输介质优选低温时的粘性低、冷却性能高。
在本实施方式中，使用将羧酸盐溶解于水的羧酸盐水溶液作为低温侧热传输介质。在本实施方式中，羧酸盐水溶液中羧酸盐与水的比例被设置为羧酸盐：水＝20：80～50：50。
作为构成羧酸盐的羧酸，能够使用甲酸、醋酸、丙酸的至少任意一种。作为构成羧酸盐的金属，能够使用碱金属。作为碱金属，能够使用钠和钾的至少任意一种。作为羧酸盐，能够例示出甲酸钾、甲酸钠、醋酸钾、醋酸钠、丙酸钾、丙酸钠。这些羧酸盐可以单独使用，也可以组合使用。
甲酸钾水溶液(45％)的沸点为114℃，在-20℃时的运动粘度为5.22mm2/s，在-35℃时的运动粘度为10.4mm2/s。作为比较例的乙二醇类防冻液(LLC)在-20℃时的运动粘度为29.6mm2/s，在-35℃时的运动粘度为89.5mm2/s。这样，羧酸盐水溶液能够确保在低温时的低粘度。
如图3所示，与作为比较例的乙二醇类防冻液(LLC)相比，羧酸盐水溶液可获得更高的热交换效率。
根据以上说明的本实施方式，通过使用羧酸盐水溶液作为低温侧热传输介质，与乙二醇类防冻液相比，能够抑制在低温环境下的粘度增大。因此，即使在低温环境下，也能够抑制低温侧热传输介质在低温介质回路30流动时的压力损失增大，能够抑制低温侧泵32的动力增大。
另外，由于能够抑制低温侧热传输介质在低温介质回路30流动时的压力损失增大，因此，在室外热交换器36中，容易使低温侧热传输介质的流路变窄等而进行小型化，能够提高设计的自由度。进而，由于通过室外热交换器36的低温侧热传输介质的流速上升，因此能够抑制向室外热交换器36结霜。
另外，由于能够抑制在低温环境下的低温侧热传输介质的粘度增大，因此，与乙二醇类防冻液相比，能够增大低温侧热传输介质的流量。其结果是，能够使低温侧热传输介质的流速上升，能够进一步提高低温侧热传输介质的传热率。更进一步地，通过提高低温侧热传输介质的传热率，从而能够提高包含室外热交换器36的设备整体的传热速率。
另外，通过使用羧酸盐水溶液作为低温侧热传输介质，能够提高低温侧热传输介质的热交换效率，能够提高冷却器37～39的冷却性能。因此，即使在电池33与第一冷却器37之间设置有隔壁43这样的热的移动阻力较大的结构中，也能够确保所需的冷却能力。或者，在不采用热的移动阻力较大的结构的情况下，能够实现冷却器37～39的小型化。
另外，在本实施方式中，将羧酸盐水溶液中水的比例设为50％以上。与乙二醇类防冻液相比，羧酸盐水溶液能够将凝固点维持得较低，使水的比例更多。因此，在羧酸盐水溶液中，通过增多热容较大的水的比例，从而能够增大低温侧热传输介质的热容，能够进一步提高热传导率。
另外，通过增多羧酸盐水溶液中水的比例，能够使低温侧热传输介质的粘度进一步降低。另外，通过增多羧酸盐水溶液中水的比例，能降低低温侧热传输介质的成本。
本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行如以下那样的各种变形。另外，上述各实施方式中公开的方法也可以在能够实施的范围内适当组合。
例如，在上述实施方式的低温侧热传输介质中，也可以根据需要包含防氧化剂、防锈剂等其他添加剂。
另外，在上述实施方式中，在电池33与第一冷却器37之间设置隔壁43，但也可以不设置隔壁43，使电池33与第一冷却器37直接接触。
另外，在上述实施方式中，将羧酸盐水溶液用于低温介质回路30的低温侧热传输介质，但不限于此，也可以将羧酸盐水溶液用于高温介质回路20的高温侧热传输介质。在该情况下，热传输介质能够在高温介质回路20和低温介质回路30共用。
本发明以实施例为基准进行了记述，但应当理解，本发明不限于该实施例、结构。本发明也包括各种变形例、均等范围内的变形。除此之外，各种组合、方式、甚至仅包括一个要素、其以上、或其以下的其他组合、方式也落入本发明的范畴或思想范围。

Claims (7)

1.一种热传输介质，用于热传输系统，该热传输系统具备供制冷剂循环的制冷循环装置(10)和设置有冷却对象设备(33～35)的热传输介质回路(30)，该热传输介质在所述热传输介质通路循环，与所述制冷剂进行热交换而被冷却，并从所述冷却对象设备吸热，
所述热传输介质的特征在于，
所述热传输介质由将羧酸盐溶解于水的羧酸盐水溶液构成。
2.根据权利要求1所述的热传输介质，其特征在于，
构成所述羧酸盐的羧酸是甲酸、醋酸、丙酸中的至少任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的热传输介质，其特征在于，
构成所述羧酸盐的金属是碱金属。
4.根据权利要求3所述的热传输介质，其特征在于，
所述碱金属是钾和钠中的至少任意一种。
5.一种热传输系统，其特征在于，具备：
热传输介质回路(30)，该热传输介质回路供权利要求1至4中任意一项所述的热传输介质循环；
制冷循环装置(10)，该制冷循环装置供制冷剂循环；
冷却用热交换器(15)，该冷却用热交换器使所述制冷剂与所述热传输介质进行热交换，从而冷却所述热传输介质；以及
冷却对象设备(33～35)，该冷却对象设备设置于所述热传输介质回路，并被所述热传输介质吸热。
6.根据权利要求5所述的热传输系统，其特征在于，具备：
高温侧热传输介质回路(20)，该高温侧热传输介质回路供比所述热传输介质高温的高温侧热传输介质循环；以及
加热用热交换器(13)，该加热用热交换器使所述制冷剂与所述高温侧热传输介质进行热交换，从而加热所述高温侧热传输介质，
所述高温侧热传输介质是所述羧酸盐水溶液。
7.根据权利要求5或6所述的热传输系统，其特征在于，具备：
冷却器(37)，该冷却器供所述热传输介质流通；以及
隔壁(43)，该隔壁将所述冷却对象设备与所述冷却器隔开，
所述冷却对象设备是使用电工作的电气设备，
在所述冷却器流通的所述热传输介质经由所述隔壁与所述电气设备进行热交换。
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