JP2014520353A - 電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却装置および冷却方法 - Google Patents

Abstract

電気化学的エネルギー貯蔵器（１）の冷却法では、第１磁性冷却液が一次回路内で、少なくとも一時的に第１磁場（５）を通って、かつ少なくとも一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器を通って流れる。

Description

これによって、優先出願ＤＥ１０２０１１１００６０２．１の全内容が、関連付けによって、本願の構成部分となっている。

本願発明は、電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却装置および冷却方法に関する。そのような装置と方法とは、原則的に様々な実施形態において知られている。

例えば特許文献１は、電気化学的エネルギー貯蔵器、特に、リチウムを含むガルバニセルを冷却するための装置と方法とを記述しており、当該装置もしくは当該方法では、エネルギー貯蔵器、そのハウジング、あるいはエネルギー貯蔵器の一部またはそのハウジングの一部を環流あるいは貫流する冷媒が、火災発生時に消火効果を発揮する。

特許文献２は、セルに熱出力を供給するおよび／あるいはセルから熱出力を排出するのに適している熱伝導装置を有する、電気エネルギーを貯蔵するための装置を記述している。第１の測定装置は所与の箇所の温度を検出し、第２の測定装置は電流の大きさを検出する。制御装置は、検出されたこの温度とそのための所与の温度とから温度差を特定し、測定された温度と、算出された温度差と、検出された電流の大きさとに依存して、熱伝導装置と流体の吐出装置とをオンあるいはオフにする。

独国特許出願公開第１０２００９０３８０６５号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０１６８６７号明細書 米国特許第５９５８２８２号明細書 米国特許第５３２２７５６号明細書 米国特許出願公開第２００６/０２９２０１３号明細書 米国特許第３８１９２９９号明細書

「磁性流体力学」（ＥＡ１９８５、ロナルド・Ｅ・ローゼンスベイグ、磁性流体力学、ドーヴァー出版社、ミネオラ、ＮＹ、１９９７年、ＩＳＢＮ ０−４８６−６７８３４−２）

本願発明の課題は、既知の装置の特性と、電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却法とをさらに改良することにある。この課題は、独立請求項の１項に記載の製品あるいは方法によって解決される。従属請求項は、本発明の有利なさらなる形態を保護することになる。

本発明に従えば、一次回路を備える、電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却装置であって、一次回路内で、磁性のある第１冷却液が、少なくとも一時的に第１磁場を通って、かつ少なくとも一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器を通って流れるかあるいは流れ得る、冷却装置が意図されている。

この関連において、電気化学的エネルギー貯蔵器とは、エネルギーを電気的形状で受容し、化学的形状で貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを電気的形状で消費物に放出できるエネルギー貯蔵器と理解され得る。そのような電気化学的エネルギー貯蔵器の重要な例は、特にリチウム化学物質を基礎とする、ガルバニセルあるいは複数のガルバニセルから構成されるバッテリーである。

この関連において、一次回路とは、冷却液を運ぶためのシステムと理解され得、当該システムでは、この第１冷却液は、さらなる液状あるいはガス状の熱輸送媒体による仲介なしに、冷却されるべき熱源あるいは加熱されるべきヒートシンクとの熱交換を行う。それゆえ冷却液は、好適には熱源の冷却だけでなく、好適にはヒートシンクの加熱にも利用され得る。一次回路内で循環する第１冷却液自体は、好適には、二次回路内で循環する第２熱輸送媒体によって冷却あるいは加熱される。

この関連において、冷却液とは、その物理的特性によって、当該媒体が熱の輸送に適するようになっている液状媒体と理解され得る。そのような物理的特性の例は、良好な熱伝導性あるいは大きな比熱であり、あるいは、媒体が熱をある場所から他の場所へ輸送できるようにする、媒体の力学上の特性である。これらの物理的特性をすべて、冷却液が同時にあるいは同程度に備えている必要はない。

この関連において、磁性液体もしくは磁性冷却液とは、好適には当該磁性冷却液が多くの磁気モーメントを備えているので、磁場によって影響を受け得る少なくとも１つの物理的特性を有する液体もしくは冷却液と理解され得る。磁性液体の重要な例は、いわゆる磁性流体である。別の例は、いわゆる磁気熱量効果を示す液体である。特に好ましくは、本願発明との関連において、磁気熱量磁性流体が使用される。

磁性流体は、磁場に反応する液体の一例である。磁性流体の物質は、好適にはほんの数ナノメートルの大きさの、好適には担持液中に懸濁された磁性粒子から成る。この液体は、好適には、担持液好適には水あるいは油の中で浮遊する磁性粒子の懸濁液である。特に好適には、これらの粒子は、熱カロリー特性を有する材料から成る。好適には固体の微粒子は、好適にはポリマー表面コーティングで安定化される。磁性流体は、好適には安定した分散系であり、この分散系では、固体の微粒子は時間とともに沈殿せず、極めて強い磁場でも互いに堆積せず、あるいは液体から別個の位相として析出する。ロナルド・ローゼンスベイグ（Ronald Rosensweig）による非特許文献１は、磁性流体の材料の入門書である。

「マグネトレオロジー液体」（ＭＲＦ）の用語は、磁性流体と同様に磁場に反応するが、その際これとは異なって固化する液体の名称である。しかしながらマグネトレオロジー流体は、典型的にはナノメートル大の磁性流体の微粒子よりも大きいマイクロメートル大の磁性微粒子の懸濁液から成る。ＭＲＦのより大きな微粒子は、磁場にさらされると、鎖を形成する傾向がある。そうするとＭＲＦの粘性（「粘度」）が高まるので、特にＭＲＦに作用する圧力が鎖を壊すほど大きくなければ、固化すらしかねない。マグネトレオロジー液体とは異なって、磁性流体は、好適には鎖を形成しない。微粒子のランダムな動きが、磁性流体の場合には、微粒子を引き寄せる力を上回る。その粘性は磁場の中で変化せず、あるいはほとんど変化しないが、高磁場の中で留まるか、あるいは高磁場の中に流れ込む傾向がある。マグネトレオロジー効果は、微粒子の大きさが１０ナノメートルより大きいと始まるので、本願発明との関連において、微粒子の大きさが１０ナノメートルより小さい磁性流体が好ましくなる。

磁性流体は、好適には超常磁性を有し、ヒステリシスがわずかか非常にわずかである。微粒子は、好適には鉄、マグネタイトあるいはコバルトから成り、好適には磁区よりも小さく、典型的には直径が５−１０ｎｍ（ナノメートル）である。周囲の液体は、好適には油あるいは水であり、ワックスの場合もある。ミセルで結合した微粒子が、立体的相互作用によって互いに反発し合うことによって、懸濁液を安定化させるために、界面活性剤が好適には添加される。

超常磁性効果とも呼ばれる超常磁性は、予め加えられた磁場が遮断されると、キュリー温度より低い温度でも磁化が残留しないままの、強磁性材料の非常に小さな微粒子の磁気特性のことである。この現象は、（磁場の影響なしに）熱的影響によって微粒子の磁気モーメントを変える、いわゆるブラウン緩和といわゆるネール緩和とに基づいている。

そのような微粒子の集合体は、常磁性体のように、肉眼で見える動きをするが、それでも強磁性体の大きい磁気飽和を有する。純粋な常磁性体とは異なって、磁化方向を互いに独立して変えるのは、個々の原子ではなく、小さな磁性粒子である。超常磁性は、特定の粒子の大きさより小さい考察材料に依存して現れる。そのための前提は、物質の粒子が、磁区を１つだけ形成する、すなわち磁気異方性を備えないかあるいはわずかしか備えないほど、小さいことである。この場合、すべての磁気モーメントを外部磁場によって１つの統一の方向に整列させることは特に容易である。粒子が、物質に応じた磁区の大きさにあるいはそれより小さく縮小されると、超常磁性の現象が現れる。このような物質に応じた粒子の大きさは、「超常磁性の限界」とも呼ばれる。

磁性流体の重要な例は、好適にはＭｎＺｎＦｅ２Ｏ４あるいはガドリニウムあるいはガドリニウムの化合物を含むナノ粒子の水性あるいは油性の懸濁液である。特許文献３と特許文献４とにおいて、磁性液体を製造するための複数の例が開示される。これによって、これらの文献の開示内容は、明確かつ完全に、本願記述の構成部分となっている。

磁気熱量効果とは、ある材料を強い磁場にさらすとその材料は加熱され、磁場を取り除くとその材料は冷却される現象と理解される。この効果は、磁場による材料の磁気モーメントの整列によって生じ、当該磁気モーメントの整列は、磁場が減少するにつれ再び減少する。磁気モーメントの整列速度はたいてい、それぞれの材料に依存する明らかなヒステリシス挙動を示す。ヒステリシスがわずかな適切な合金を目的に合わせて選択することにより、当業者は、冷媒として適した材料を見つける。周期的に磁化することと、発生した熱を同時に排出することとにより、当該材料で冷却効果を達成できる。

磁気熱量効果は、特に、材料がその周囲と熱交換できなければ、可変の磁場が材料の可逆性の温度変化を引き起こす、磁気熱力学上の現象である。低温物理学において、この効果は、断熱消磁とも呼ばれる。磁気熱量効果は、磁気熱量液体好適には磁気流体のような磁気熱量材料を冷却するのに適している。その際磁気熱量液体は、磁場に入った際に、磁性粒子を好ましくは磁場の方向に整列させる磁場を貫通するかあるいは貫流する。液体が磁場から出た際に、液体と周囲との熱交換が完全にあるいは部分的に回避されると、液体が磁場から出ることに伴う、磁性粒子の磁気モーメントのランダムな配列の方向への磁性粒子の再配向によって、液体の温度の低下がもたらされる。それで磁性粒子は、磁性粒子の磁気モーメントのランダムな配列を作るために必要とされるエネルギーあるいはエネルギーの一部を液体から取り去る。

好適には、本発明に係る磁気冷却の構築のために、流れる磁性流体の閉じた回路が用いられる。磁性（第１）冷却液が、磁場を通って流れる。その際、液体の磁性粒子の磁気モーメントは、磁場によって整列させられる。好適には、磁場による磁気モーメントの整列の間、磁性液体は、好適には二次回路を介して冷却器と熱伝導接触しており、当該二次回路は第２冷却液が貫流しており、第１冷却液の温度が、磁気モーメントが磁場の方向に整列する際に上昇し得ずあるいはできるだけ上昇し得ないようにするために、第１冷却液が第２冷却液に放熱してよい。断熱時に磁気モーメントを磁場の方向に整列させることにおそらくは伴う温度上昇はそれゆえ、このエネルギーが熱として、できる限り完全に、好適には二次回路を通って流れる第２の熱輸送媒体を介して、冷却器とひいては周囲に放出されることによって、好適には回避される。

特に好適には、磁場によって第１（磁性）冷却液の磁気モーメントが整列している間、磁場をかけるとあるいは第１（磁性）冷却液が磁場に進入あるいは流入すると、好適には二次回路を通って流れる第２熱輸送媒体を介して、第１（磁性）冷却液と冷却器との間で熱交換が行われるので、第１（磁性）冷却液の温度は、磁場をかけるとあるいは第１（磁性）冷却液が磁場に進入あるいは流入すると、できる限り変化せず、あるいはできる限りわずかな変化しかしない。その際第１（磁性）冷却液は、好適には二次回路を通って流れる第２熱輸送媒体を介して、熱を冷却器に放出する。好適にはそのために、好適には磁場にあり、かつ第１（磁性）冷却液と冷却器、もしくは二次回路を通って流れる第２熱輸送媒体との間の熱交換を可能にする熱交換器が備わっている。

磁場を離れるかあるいは遮断されると、第１冷却液と冷却器、もしくは二次回路を通って流れる第２熱輸送媒体すなわち周囲との熱交換は、できるだけ回避される。磁場を離れるかあるいは遮断される際に第１冷却液が完全にあるいは部分的に断熱されていれば、第１冷却液の温度は低下する。磁場を離れているあるいは遮断されている間あるいはその後に、第１冷却液を、冷却すべき物体好適には冷却すべき電気化学的エネルギー貯蔵器あるいは車両の冷却回路の冷却器と熱伝導接触させると、第１冷却液は、この熱伝導接触を介して熱を受容することができ、その際冷却すべき電気化学的エネルギー貯蔵器あるいは車両の冷却回路の冷却器を冷却できるので、断熱時に生じる温度低下は、完全にあるいは部分的に起こり得ず、あるいは熱受容によって取り消される。

本発明に係る装置あるいは本発明に係る方法は、冷却のため以外にも使用され得る。特に、周囲の温度が低い場合、たとえば冬に、バッテリーを温度調節するのにも適している。好適にはこれは、二次回路内の冷却器が、好適には作動装置を有する三方弁によって、二次回路から連結解除されることによって、行われる。この駆動状態においては、第２冷却液は、二次回路の冷却器の傍を通り過ぎて、二次回路内を循環する。不可逆性によって生じた熱は、この駆動方法においては、二次回路内に留まり、熱はそこから一次回路を介してバッテリーに放出され得る。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１磁場は少なくとも部分的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される電磁石によって生み出されることが意図されている。本発明のこの実施形態は、磁性冷却液の特性に影響を与える磁場が、磁場の強さおよび／あるいは磁場の方向を適切に変化させることによって、容易に制御あるいは影響され得るという利点を伴っている。磁場を生み出すのに必要な電気を、電気化学的エネルギー貯蔵器から取り出すことができれば、磁性冷却液による電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却は、外部電源が利用できなくても、可能である。これは、特にモバイルの用途で、たとえば車両技術において、常に当てはまる。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１冷却液は少なくとも一時的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される、電気駆動の好適には磁気ポンプによって、一次回路を通って送られることが意図されている。本発明のこの実施形態は、外部電源がポンプの駆動に利用できなくても、ポンプによって第１冷却液を送ることができるという利点を伴っている。

この関連において、ポンプとは、送られる液体の流れを発生させるあるいは維持するようになっている、液体の搬送装置と理解され得る。この関連において、磁気ポンプとは、磁性液体の磁気特性を、当該液体を送るために、すなわち送られる液体の流れを発生させるあるいは維持するために用いるポンプと理解され得る。磁気ポンプの重要な例は、いわゆる磁気熱量ポンプである。磁気熱量ポンプは、磁気熱量液体の磁気熱量特性に基づいている。

パイプを通って流れる磁気熱量液体を、パイプの一部で磁場にさらすと、温度勾配が形成される。磁気熱量液体が加熱されることによって、当該磁気熱量液体は、磁場に対する引力を少なくとも部分的に失い、加熱された液体は、磁場に対してさらに強い引力をかける、より冷たい液体と交換される。このやり方で磁気熱量ポンプは、パイプを通って流れる磁気熱量液体に、パイプを通って液体を送るのに使われ得る推進力をかける。この物理原則に基づいているのは、磁気熱量ポンプの作用の仕方である。磁気熱量ポンプの構造の一例は、開示内容がこれによって明確かつ完全に本願記述の構成部分となる特許文献５に見られる。磁気熱量ポンプのさらなる一例は、特許文献６に記述される。この文献の開示内容も、これによって明確かつ完全に、本願記述の構成部分となる。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１冷却液が少なくとも一時的に、熱による好適には自由な対流によって一次回路を通って送られることが意図されている。それには、ポンプを駆動するエネルギーを利用できなくても、つまり特に、外部エネルギー源が利用できず、電気化学的エネルギー貯蔵器の充電状態がエネルギー支出を許さずあるいは望ましく思われない場合に、一次回路を通って第１冷却液を送ることができるという利点が伴っている。この状況は、モバイルの用途で、たとえば車両技術において、しばしば現れる。

この関連において、熱対流という概念は、熱をある場所から別の場所に伝達するメカニズムと理解され得る。対流は、微粒子を運ぶ流れによって引き起こされる。輸送流の原因は、たとえば重力、あるいは圧力差、密度差、温度差あるいは濃度差に起因する力のような、様々な力であり得る。

その際、もっぱら温度勾配の影響によって、つまり例えば、温度変化で引き起こされた密度差の結果、流体の浮力もしくは沈む力によって微粒子輸送が生じる自由なあるいは自然な対流を、外部の影響、たとえば送風機あるいはポンプによって微粒子輸送が引き起こされる強制対流と区別している。熱による密度差による自由対流は、加熱時に材質が、通常膨張することによる。重力の影響で、流体内部では、重力場に対して密度のより低い領域が上がってくる（浮力）が、一方で密度のより高い領域は、中に沈む。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１冷却液が、二次回路を通って流れる第２冷却液と当該第１冷却液が内部で熱を交換する第１熱交換器を少なくとも一時的に通って、流れることが意図されている。第１冷却液は、第２冷却液への放熱によって冷却される、第１冷却液からのこのような排熱法は、多くの場合、たとえば第１冷却液の空気冷却よりも有効である。この冷却法が、磁場による第１冷却液の磁性粒子の磁気モーメントの整列の間あるいはその前に行われるのであれば、この冷却法は特に有効である。特に好ましくは、それゆえ、熱交換器が磁場に設けられている。

この関連において、熱交換器とは、熱エネルギーをある物質流から別の物質流に伝達する装置と理解され得る。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１熱交換器が、少なくとも部分的におよび／あるいは少なくとも一時的に第１磁場にさらされていることが意図されている。本発明のこの実施形態は、第１（磁性）冷却液が、磁場による磁性粒子の磁気モーメントの整列の間、熱貯留物好適には周囲と、特に好適には二次回路内の冷却器を介して熱を交換でき、それによって、磁場による磁性粒子の磁気モーメントの整列の間、第１冷却液の温度上昇が、完全にあるいは部分的に回避され得るという利点を伴っている。磁場による磁性粒子の磁気モーメントの整列の間、第１冷却液の温度上昇が小さければ小さいほど、ますます多くの熱エネルギーが、磁性粒子の磁気モーメントの整列の間第１冷却液から取り去られ、かつ、磁場を遮断するかあるいは離すことによって磁性粒子の磁気モーメントの整列を取り除いた後にあるいは取り除く間に、第１冷却液が冷却するべき物体に及ぼし得る冷却効果がますます大きくなり得る。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、三方弁が二次回路内に備わっており、当該三方弁によって、第２冷却液は、少なくとも一時的に冷却器を通って、また少なくとも一時的に冷却器の傍を通り過ぎて、誘導され得る。

この関連において、冷却器とは、第１熱輸送媒体あるいは熱源を、第２熱輸送媒体あるいはヒートシンクとの熱伝導接触によって冷却するのに使われる装置と理解され得る。冷却器は、多かれ少なかれ大きな温度低下を必然的に伴う排熱に使用される。冷却体は、冷媒（たいてい空気あるいは水）に熱を取り入れ、熱の排出をもたらす。必要な場合には、冷却器は、別の駆動法で別の方向にも作用できるので、第１熱輸送媒体あるいはヒートシンクは、第２熱輸送媒体あるいは熱源との熱伝導接触によって加熱される。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第２冷却液が、二次回路内で第２磁場を貫流できる磁性冷却液であることが意図されている。本発明のこの実施形態では、二次回路は一次回路のように、磁気的に冷却される冷媒回路である。その中で流れる第２冷媒は、第３の冷却回路によって冷却されてよい。このやり方で、そのうちのいくつかの段階は磁気的に冷却され、別の段階は通常のやり方で冷却される複数の冷却回路の１つが可能である。それゆえ本発明のこの実施形態は、磁気および／あるいは非磁気冷却回路の多段構造体に相当する。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１冷却液は、内部で第１冷却液が車内の冷却回路と熱交換できる第２熱交換器を少なくとも一時的に通って流れるかあるいは流れ得ることが意図されている。本発明のこの実施形態は、電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却が必要ないときに、磁気冷却回路の冷却効果を別の目的に用いることができるという利点を伴っている。磁気冷却回路の冷却効果を別のやり方で用いる好ましい可能性は、車内を好適には車両冷却回路を介して温度調節することにある。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、二次回路内の冷却器が、好適には三方弁によって、好適には二次回路内の迂回路（「バイパス」）により連結解除され得ることが意図されている。本発明の実施形態は、不可逆的に生じた熱がシステム内に留まり、バッテリーすなわち電気化学的エネルギー貯蔵器の温度調節に利用され得るという利点を伴っている。本発明に係る装置を使ってバッテリーを温度調節する際に、熱は、「冷却システム」からバッテリーに流れる。

さらに、本発明に従えば、上述の請求項のいずれか１項に記載の装置を有する車両が意図されている。特に、電気化学的エネルギー貯蔵器から取り出された電流が貫流する電磁石によって磁場が作られる、本発明の実施形態は、車両の電気化学的エネルギー貯蔵器と関連して使用するのに、特別な利点を伴っている。なぜならば、他のエネルギー源が利用できるかどうかに関係なく、電気化学的エネルギー貯蔵器の本発明に係る冷却を可能にするからである。

さらに、本発明に従えば、第１磁性冷却液が一次回路内で、少なくとも一時的に第１磁場を通って、かつ少なくとも一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器を通って流れるあるいは流れ得る、電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましい一実施形態に従えば、第１磁場は少なくとも部分的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される電磁石によって生み出される方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１冷却液は少なくとも一時的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される、電気駆動の好適には磁気ポンプによって、一次回路を通って送られる方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１冷却液が少なくとも一時的に、熱対流によって一次回路を通って送られる方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１冷却液が、二次回路を通って流れる第２冷却液と当該第１冷却液が内部で熱を交換する第１熱交換器を少なくとも一時的に通って、流れる方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１熱交換器が、少なくとも部分的におよび／あるいは少なくとも一時的に第１磁場にさらされている方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、三方弁が二次回路内に備わっており、当該三方弁によって、第２冷却液は、少なくとも一時的に冷却器を通って、また少なくとも一時的に冷却器の傍を通り過ぎて、誘導され得る方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第２冷却液が、二次回路内で第２磁場を貫流できる磁性冷却液である方法が意図されている。

特徴が他の実施例の特徴と組み合わされてもよい本発明の好ましいさらなる一実施形態に従えば、第１冷却液は、内部で第１冷却液が車内の冷却回路と熱交換できる第２熱交換器を少なくとも一時的に通って流れるかあるいは流れ得る方法が意図されている。

以下において本発明が、好ましい実施例に基づいて、かつ図を使ってより詳細に記述される。図に示されるのは以下である。

本発明に係る装置の好ましい一実施例の概略図である。 本発明に係る方法の一実施例のフローチャートの概略的かつ理想化された図である。 本発明に係る方法のさらなる一実施例のフローチャートの概略的かつ理想化された図である。 本発明に係る方法のさらなる一実施例のフローチャートの概略的かつ理想化された図である。

本発明は、図１に表わされた、本発明に係る装置の実施例で明確に示され得る。第１磁性冷却液、好適には磁性流体は、電気化学的エネルギー貯蔵器１好適にはガルバニセルから成るバッテリーを通る一次回路２、３、４を通って流れ、当該電気化学的エネルギー貯蔵器の内部３で磁性冷却液が、バッテリーあるいはバッテリーを構成するセルから熱を受容する。一次回路が、たとえば冷た過ぎる車両内部の、過冷却されたバッテリーあるいはその他のヒートシンクを加熱するために駆動される場合には、第１冷却液は熱担体として作用し、加熱されるべきヒートシンクに放熱する。好適には、そのために流路３が、電気化学的エネルギー貯蔵器あるいは熱源もしくはヒートシンクに備わっており、当該流路３を通って第１冷却液が流れることができ、その際ヒートシンクもしくは熱源と熱交換できる。

好適には、第１磁性冷却液は、ポンプ４によって一次回路を通って送られる。このポンプは、好適には磁気ポンプである。電気化学的エネルギー貯蔵器１あるいは熱源１もしくはヒートシンク１を離れた後、第１冷却液は熱交換器１２に流れ込み、当該熱交換器１２内で、第１冷却液は、好適には第２冷却液あるいは空気あるいはその他の気体と熱交換できる。第２冷却液は好適には、好適には空気１１によって冷却される冷却器９が属する二次回路６、７、８、１０を通って流れる。冷却器９内には好適には、第２冷却液が貫流する冷却流路１０が備わっている。二次回路内では、好適にはポンプ７が、第２冷却液を送る。

第１磁性冷却液と第２冷却液との間の熱交換１２は、好適には電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される電磁石５ａ、５ｂによって作られる磁場５内で行われる。

図２に示された理想化された実施例において、第１磁性冷却液は、一次回路を通過する際に、理想化された磁気熱力学上の循環プロセスを抜けるが、この循環プロセスを一度通り抜ける際に、第１冷却液は、温度Ｔ１の熱源から、等温熱交換で熱量Ｔ１*ＤＳを取り込み、同様に等温熱交換で熱量Ｔ２*ＤＳを、より低い温度Ｔ２のヒートシンクに放出する。循環プロセスの２つの等温ステップｂとｄとの間には、断熱的な（等エントロピーの）ステップａとｃとがある。ステップａにおいて、冷却液の温度は、ヒートシンクのより低い温度Ｔ２から、熱源のより高い温度に上がる。これは、磁気熱力学上の循環プロセスの際には、普通のカルノープロセスのように、作用ガスの断熱的な（等エントロピーの）圧縮によって起こるのではなく、第１磁性冷却液が、磁場のない空間（Ｈ２＝０）から強さＨ１の磁場に進入することにより、第１磁性冷却液の断熱的な（等エントロピーの）磁化によって起こる。第１磁性冷却液のこのような断熱的な（等エントロピーの）磁化の際には、その温度が、ヒートシンクの低い温度Ｔ２から熱源のより高い温度Ｔ１に上昇する。別の断熱的な（等エントロピーの）プロセスステップｃにおいて、第１磁性冷却液は磁場から出、その際第１磁性冷却液はこのプロセスステップｃにおいて断熱的に（等エントロピーで）消磁されるので、その温度はＴ１からＴ２に減少する。

有限の時間内で進む熱交換には、有限の温度差が必要なので、等温熱交換経過は、実際には、無限にゆっくりと進むであろう。実際の循環プロセスは図３に示されており、当該図において、熱源との熱交換ｂ’は、等温的には経過しない。その代わりに、第１冷却液の温度は、熱源とのこの熱交換ｂ’の際に、温度Ｔ３からＴ２に上がる。その際第１磁性冷却液は、水平座標軸とカーブの一部ｂ’の間の面積に相当する熱量を、熱源から受容する。プロセスステップｄ’において、第１磁性冷却液は、水平座標軸とカーブの一部ｄ’の間の面積に相当する熱量を、ヒートシンクに放出する。

図１に示された、本発明に係る装置の実施例でも、熱交換経過３、１０、１２は、厳密には等温的には行われない。その代わりに、第１磁性冷却液は、電気化学的エネルギー貯蔵器１を通る際に、当該冷却液の温度を上昇させて熱を受容するであろう。磁場Ｈがなければ、第１磁性冷却液は、第１熱交換器１２を通る際に、当該冷却液の温度を下げて熱を放出するであろう。加えられた磁場Ｈが充分に大きい場合には、磁化は温度低下に抵抗し、磁場の強さと冷却液の磁気特性によっては、磁化はこの温度低下を過補償すらする。図１に示された装置では、つまり、磁気モーメントの整列時に磁場によって供給されるエネルギーが、第２冷却液との熱交換１２の際にこの第１冷却液に排出され得るならば、磁化は同様に無条件で断熱的に行われるのではなく、場合によってはほとんど等温的に行われる。

磁場５を離れる際、つまり第１磁性冷却液が磁場から出る際に、磁場は、磁気モーメントの整列時に第１磁性冷却液に供給したエネルギーを、消磁によって第１磁性冷却液から取り去る。第１冷却液の温度をできる限り大幅に減少させるために、あるいは冷却されるべき熱源とのできる限り良好な接触で磁性冷却液ができる限り多くの熱を熱源から受容できるようにするために、このプロセスステップは、ほとんど断熱的に（等エントロピーで）行われる。

磁気熱力学上の循環プロセスのプロセスステップは、本願発明との関連において、必ずしも、できる限り厳密に断熱的にあるいは等温的に行われる必要はない。図４は、２つのプロセスステップｅとｆとが、断熱的にも等温的にも経過していない循環プロセスの一例を示している。それにもかかわらず、第１磁性冷却液は、Ｔ４の温度である熱源から熱を取り去り、温度Ｔ２のヒートシンクに放熱する。その際冷却効果は、冷却液が熱源からより多くの熱を受容してヒートシンクに放出できればできるほど、より高くなるであろう。

１ エネルギー貯蔵器
２ 一次回路
３ 一次回路／流路
４ 一次回路／ポンプ
５ 磁場
５ａ 電磁石
５ｂ 電磁石
６ 二次回路／三方弁
７ 二次回路／ポンプ
８ 二次回路
９ 冷却器
１０ 二次回路／冷却流路
１１ 空気
１２ 熱交換器
Ｈ 磁場
Ｔ 温度
ａ ステップ
ｂ ステップ
ｃ ステップ
ｄ ステップ
ａ’ ステップ
ｂ’ ステップ
ｃ’ ステップ
ｄ’ ステップ
ｅ ステップ
ｆ ステップ

Claims (15)

1. 電気化学的エネルギー貯蔵器（１）の冷却装置において、一次回路（２、３、４）を備えており、前記一次回路内で、磁性のある第１冷却液が、少なくとも一時的に第１磁場（５）を通って、かつ少なくとも一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器を通って流れるかあるいは流れ得ることを特徴とする装置。
2. 前記第１磁場は少なくとも部分的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される電磁石（５ａ、５ｂ）によって生み出されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１冷却液は少なくとも一時的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される、電気駆動の好適には磁気ポンプ（４）によって、前記一次回路を通って送られることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記第１冷却液が少なくとも一時的に、熱対流によって前記一次回路を通って送られることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１冷却液が、二次回路（８、９、１０）を通って流れる第２冷却液と前記第１冷却液が内部で熱を交換する第１熱交換器（１２）を少なくとも一時的に通って、流れることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記第１熱交換器が、少なくとも部分的におよび／あるいは少なくとも一時的に前記第１磁場にさらされていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 三方弁（６）が前記二次回路内に備わっており、該三方弁によって、前記第２冷却液は、少なくとも一時的に冷却器を通って、また少なくとも一時的に該冷却器の傍を通り過ぎて、誘導され得ることを特徴とする請求項５あるいは６に記載の装置。
8. 前記第２冷却液が、前記二次回路内で第２磁場を貫流できる磁性冷却液であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記第１冷却液は、内部で前記第１冷却液が車内の冷却回路と熱交換できる第２熱交換器を少なくとも一時的に通って流れるかあるいは流れ得ることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の装置を有する車両。
11. 電気化学的エネルギー貯蔵器の冷却法において、磁性のある第１冷却液が一次回路内で、少なくとも一時的に第１磁場を通って、かつ少なくとも一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器を通って流れるかあるいは流れ得る方法。
12. 前記第１磁場は少なくとも部分的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される電磁石によって生み出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 前記第１冷却液は少なくとも一時的に、少なくとも部分的におよび／あるいは一時的に前記電気化学的エネルギー貯蔵器から電気を供給される、電気駆動の好適には磁気ポンプによって、前記一次回路を通って送られることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第１冷却液が少なくとも一時的に、熱対流によって前記一次回路を通って送られることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記第１冷却液が、二次回路を通って流れる第２冷却液と前記第１冷却液が内部で熱を交換する第１熱交換器を少なくとも一時的に通って、流れることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。

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