JP2019016584A - 機器温調装置 - Google Patents
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Abstract
Description
対象機器の冷却時に作動流体が蒸発し、対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
機器用熱交換器のうち上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
機器用熱交換器より重力方向上側に配置され、機器用熱交換器で蒸発した作動流体を放熱させることにより作動流体を凝縮させる凝縮器(30、30a、30b)と、
凝縮器に気相の作動流体が流入する流入口と機器用熱交換器の上接続部とを連通する気相通路(50〜54)と、
凝縮器から液相の作動流体を流出する流出口と機器用熱交換器の下接続部とを連通する液相通路(40〜44)と、
凝縮器を経路上に含むことなく、機器用熱交換器の上接続部と下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
流体通路を流れる液相の作動流体を加熱可能な加熱部(61、61a、61b)と、
対象機器を暖機するときに加熱部を作動させ、対象機器を冷却するときに加熱部の作動を停止する制御装置(5)と、を備える。
対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
機器用熱交換器のうち上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
機器用熱交換器の上接続部と下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
流体通路を流れる液相の作動流体を加熱可能な加熱部(61、61a、61b)と、
対象機器を暖機するときに加熱部を作動する制御装置(5)と、を備える。
対象機器の冷却時に作動流体が蒸発し、対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
機器用熱交換器のうち上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
機器用熱交換器の上接続部と下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
機器用熱交換器の内側にある作動流体の液面(FL)の高さを跨ぐ高さ方向の位置で流体通路に設けられ、流体通路を流れる作動流体に対し冷熱または温熱を選択的に供給可能な熱供給部材(85、93、100、1010、1020、1030、1040、200)と、を備える。
本実施形態の機器温調装置は、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両(以下、単に「車両」という)に搭載されるものである。図1に示すように、機器温調装置1は、車両に搭載される二次電池2(以下、「組電池2」という)を冷却する冷却装置として機能する。また、機器温調装置1は、組電池2を暖機する暖機装置としても機能する。
図7では、機器温調装置1が組電池2を冷却するときの作動流体の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の冷却時、制御装置5は、加熱部61への通電をオフし、加熱部61の作動を停止させる。また、制御装置5は、流体制御弁70を開弁し、液相通路40に作動流体が流れるようにする。さらに、制御装置5は、車両が停車中の時には、凝縮器30に送風する送風ファン33の電源をオンする。ただし、制御装置5は、車両が走行中の時には、走行風が凝縮器30に流れるため、送風ファン33の電源をオフする。
図8では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、加熱部61への通電をオンし、加熱部61を作動させる。また、制御装置5は、流体制御弁70を閉弁し、液相通路40の作動流体の流れを遮断する。
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1実施形態に対して、機器温調装置1の作動流体の冷却するための構成を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1および第2実施形態に対して、機器温調装置1の作動流体の冷却するための構成を変更したものであり、その他については第1および第2実施形態と同様であるため、第1および第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第4実施形態について説明する。第4実施形態は、第3実施形態に対して、冷却水回路9の構成の一部を変更したものであり、その他については第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第5実施形態について説明する。第5実施形態は、第1実施形態に対して、流体循環回路4の構成の一部を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第6実施形態について説明する。第6実施形態は、第2実施形態に対して、流体循環回路4の構成の一部を変更したものであり、その他については第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第7実施形態について説明する。第7実施形態は、第3実施形態に対して、流体循環回路4の構成の一部を変更したものであり、その他については第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第8実施形態について説明する。第8実施形態は、第1実施形態に対して、流体制御弁70の取付位置を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第9実施形態について説明する。第9実施形態は、第2実施形態に対して、機器温調装置1の流体循環回路4の構成の一部を変更したものであり、その他については第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第10実施形態について説明する。第10実施形態は、第9実施形態に対して、流体制御弁70の取付位置を変更したものであり、その他については第9実施形態と同様であるため、第9実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第11実施形態について説明する。第11実施形態は、第9実施形態に対して、2種類の凝縮器30の接続方法を変更したものであり、その他については第9実施形態と同様であるため、第9実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第12実施形態について説明する。第12実施形態は、第1実施形態に対して、流体通路60と加熱部61の構成を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第13実施形態について説明する。第13実施形態は、第1実施形態に対して、複数の機器用熱交換器10を備えたものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第14実施形態について説明する。第14実施形態も、第1実施形態に対して、複数の機器用熱交換器10を備えたものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第15実施形態について説明する。以下に説明する第15および第16実施形態は、上述した第1〜第14実施形態に対して、機器用熱交換器10に対する組電池2の設置方法を変更したものであり、その他については第1〜第14実施形態と同様であるため、第1〜第14実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図24に示すように、第16実施形態では、組電池2は、その組電池2を構成する各電池セル21の端子22が重力方向に対して交差する向きとなるように設置されている。組電池2は、端子22が設けられた面25とは反対側の面23が、機器用熱交換器10の熱交換部13の側面に、熱伝導シート14を介して設置されている。なお、組電池2は、熱交換部13の一方の側面にのみ設置されており、他方の側面には設置されていない。
第17実施形態について説明する。以下に説明する第17および第18実施形態は、上述した第1〜第14実施形態に対して、機器用熱交換器10の構成と、それに対する組電池2の設置方法を変更したものであり、その他については第1〜第14実施形態と同様であるため、第1〜第14実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図26に示すように、第18実施形態では、機器用熱交換器10の熱交換部13は、水平方向に延びる水平部134と、その水平部134の一方の部位から重力方向斜め下に延びる第1傾斜部135と、水平部134の他方の部位から重力方向斜め上に延びる第2傾斜部136とを有している。第1傾斜部135のうち水平部134とは反対側の部位に下タンク12が接続されている。第2傾斜部136のうち水平部134とは反対側の部位に上タンク11が接続されている。すなわち、上タンク11は、下タンク12より高い位置に配置されている。水平部134、第1傾斜部135、第2傾斜部136、下タンク12および上タンク11は一体に形成されている。
第19実施形態について説明する。第19実施形態は、第1実施形態に対して、流体通路60の構成の一部を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第20実施形態について説明する。第20実施形態は、第1実施形態に対して、流体通路60の構成等を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第21実施形態について説明する。第21実施形態は、第1〜第20実施形態に対して、機器用熱交換器10の構成を変更したものであり、その他については第1〜第20実施形態と同様であるため、第1〜第20実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第22実施形態について説明する。第22実施形態は、第1実施形態に対して、機器温調装置1の冷却機能を除いたものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第23実施形態について図33〜図39を参照して説明する。上述の第1〜第22実施形態で説明したように、機器温調装置1が対象機器としての組電池2の暖機を行う際、加熱部61により加熱されて気相となった作動流体は、流体通路60から上接続部15を経由して機器用熱交換器10に流入する。その気相の作動流体は、機器用熱交換器10内で低温の各電池セル21に放熱して凝縮し、液相となる。その際、機器用熱交換器10内では、複数のチューブ131内の上方部分で作動流体の凝縮量が多く、複数のチューブ131内の下方部分では液相の作動流体が底部および側壁に溜まることから作動流体の凝縮量が少ない。そのため、各電池セル21の上方部分は作動流体の凝縮潜熱による加熱量が大きいが、各電池セル21の下方部分は上方部分に比べて加熱量が小さい。その結果、電池セル21の上方部分と下方部分とで温度のばらつき(すなわち温度分布)が大きくなると、組電池2が充放電を行う際に、電池セル21の温度の高い上方部分に電流集中が発生することが懸念される。
第24実施形態について図40〜図43を参照して説明する。本実施形態の機器温調装置1の構成は、第23実施形態で説明した構成と同じである。ただし、本実施形態は、上述した第23実施形態に対し、制御装置5による暖機制御処理が異なっている。上述した第23実施形態では、制御装置5は、組電池2の暖機時に、加熱部61への通電のオン、オフを間欠的に行う制御により、組電池2の温度分布の増大を抑制した。これに対し、本実施形態では、制御装置5は、組電池2の暖機時に、加熱部61の加熱能力の増大と低下を繰り返す制御により、組電池2の温度分布の増大を抑制するものである。
第25実施形態について図44を参照して説明する。第25実施形態は、上述した第23および第24実施形態に対し、加熱部61を電気ヒータに代えてペルチェ素子64を採用したものである。
第26実施形態について図45を参照して説明する。本実施形態は、上述した第23〜第25実施形態に対し、加熱部61に関する構成を変更したものである。本実施形態の加熱部61は、水―作動流体熱交換器93であり、組電池2の暖機時に温水が流れるように構成されている。
第27実施形態について図46および図47を参照して説明する。本実施形態は、上述した第23〜第26実施形態に対し、加熱部61に関する構成を変更したものである。本実施形態の加熱部61は、冷媒―作動流体熱交換器200であり、組電池2の暖機時に温度の高い冷媒が流れるように構成されている。なお、図46では、図が煩雑になることを防ぐため、制御装置5と各機器とを接続する信号線、制御装置5およびセンサ類の記載を省略している。制御装置5とセンサ類の構成は、図47に記載している。
図46では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体および冷媒の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、第1三方弁241を冷媒の一部が室内コンデンサ203から第4分岐部214へ流れるように切り替え、第2三方弁242を冷媒が第2配管232から第6分岐部216へ流れるように切り替える。また、制御装置5は、第1膨張弁204を絞り、第1電磁弁221を開き、第2電磁弁222と第3電磁弁223を閉じ、第3膨張弁233を開くか又は適切な開度に絞り、コンプレッサ202をオンする。
第28実施形態について図48および図49を参照して説明する。第28実施形態では、機器温調装置1は、機器用熱交換器10、上接続部15、下接続部16、流体通路60および熱供給部材100を備えている。機器用熱交換器10は、第21実施形態で説明したような、単一の容器17により構成されるものであってもよく、或いは、第21実施形態以外の実施形態で説明したような上タンク11、下タンク12、および複数のチューブを有する熱交換部13などにより構成されるものであってもよい。
図48では、機器温調装置1が組電池を冷却するときの作動流体の流れを実線の矢印で示している。なお、図48および図49では組電池を図示していない。組電池の冷却時、熱供給部材100は、流体通路60を流れる作動流体に対し冷熱を供給する。これにより、流体通路60の作動流体が凝縮すると、流体通路60で凝縮した液相の作動流体と機器用熱交換器10内の液相の作動流体とのヘッド差により、流体通路60の液相の作動流体は下接続部16から機器用熱交換器10に流入する。機器用熱交換器10内の作動流体は、組電池を構成する各電池セル21から吸熱することにより蒸発する。この過程で電池セル21は、作動流体の蒸発潜熱により冷却される。その後、気相となった作動流体は上接続部15から流体通路60に流れる。
図49では、機器温調装置1が組電池を暖機するときの作動流体の流れを実線の矢印で示している。組電池の暖機時、熱供給部材100は、流体通路60を流れる作動流体に対し温熱を供給する。これにより、流体通路60の作動流体が蒸発し、上接続部15から機器用熱交換器10に流入する。機器用熱交換器10の内側で気相の作動流体は、組電池を構成する各電池セルに放熱し凝縮する。この過程で電池セルは暖機される。そして、機器用熱交換器10内で凝縮した液相の作動流体と流体通路60の液相の作動流体とのヘッド差により、機器用熱交換器10の液相の作動流体は下接続部16から流体通路60に流れる。
第29実施形態について図50および図51を参照して説明する。第29実施形態は、第28実施形態に対して、熱供給部材100に関する構成を変更したものである。
図50では、機器温調装置1が組電池2を冷却するときの作動流体および冷却水の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の冷却時、制御装置5は、冷凍サイクル8の圧縮機81をオンし、第1流量規制部83を開き、温水ヒータ96をオフし、ウォータポンプ91をオンする。これにより、冷却水回路9を流れる冷却水は、冷凍サイクル8の蒸発器と一体に構成された冷却水放熱器92により冷却され、冷却水回路9を流れて水―作動流体熱交換器93に供給される。そのため、機器温調装置1の流体通路60を流れる作動流体は、水―作動流体熱交換器93で凝縮(すなわち液化)し、機器用熱交換器10内の作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、下接続部16から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の作動流体は、電池セル21から吸熱して蒸発し、上接続部15から流体通路60を通じて水―作動流体熱交換器93に戻る。
図51では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体および冷却水の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、冷凍サイクル8の圧縮機81をオフし、温水ヒータ96をオンし、ウォータポンプ91をオンする。これにより、冷却水回路9を流れる冷却水は、温水ヒータ96により加熱され、冷却水回路9を流れて水―作動流体熱交換器93に供給される。この際、機器温調装置1の流体通路60を流れる作動流体は、水―作動流体熱交換器93で蒸発(すなわち気化)し、上方へ流れ、上接続部15から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の気相の作動流体は、電池セル21に放熱して凝縮する。そして、機器用熱交換器10内で凝縮した作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、機器用熱交換器10の液相の作動流体は、下接続部16から流体通路60を通じて水―作動流体熱交換器93に戻る。
第30実施形態について図52および図53を参照して説明する。第30実施形態は、第28および第29実施形態に対して、熱供給部材100に関する構成を変更したものである。なお、図52および図53では、図が煩雑になることを防ぐため、制御装置5およびその制御装置5と各機器とを接続する信号線の記載を省略している。
図52では、機器温調装置1が組電池2を冷却するときの作動流体および冷媒の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の冷却時、制御装置5は、第1三方弁241を冷媒が室内コンデンサ203から第1膨張弁204へ流れるように切り替え、第2三方弁242を冷媒が冷媒―作動流体熱交換器200から第5分岐部215へ流れるように切り替える。また、制御装置5は、第1膨張弁204を開き、第1電磁弁221を閉じ、第2電磁弁222と第3電磁弁223を開き、第3膨張弁233を絞り、コンプレッサ202をオンする。
図53では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体および冷媒の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、第1三方弁241を冷媒の一部が室内コンデンサ203から第4分岐部214へ流れるように切り替え、第2三方弁242を冷媒が第2配管232から第6分岐部216へ流れるように切り替える。また、制御装置5は、第1膨張弁204を絞り、第1電磁弁221を開き、第2電磁弁222と第3電磁弁223を閉じ、第3膨張弁233を開くか又は適切な開度に絞り、コンプレッサ202をオンする。
第31実施形態について図54および図55を参照して説明する。第31実施形態は、第29実施形態に対して、熱供給部材100に関する構成を変更したものである。本実施形態の熱供給部材100は、水―作動流体熱交換部1010と冷媒―作動流体熱交換部1020とを含んで構成されている。熱供給部材100の中で、水―作動流体熱交換部1010は、重力方向下側に配置されている。一方、熱供給部材100の中で、冷媒―作動流体熱交換部1020は、重力方向上側に配置されている。
図54では、機器温調装置1が組電池2を冷却するときの作動流体および冷媒の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の冷却時、制御装置5は、冷凍サイクル8の圧縮機81をオンし、第1流量規制部83を開き、温水ヒータ96およびウォータポンプ91をオフする。これにより、冷凍サイクル8の冷媒は、圧縮機81→高圧側熱交換器82→第1流量規制部83→第1膨張弁84→冷媒―作動流体熱交換部1020→圧縮機81の順に流れる。したがって、高圧側熱交換器82で放熱し凝縮した冷媒は第1膨張弁84により減圧され、低温低圧となって熱供給部材100の冷媒―作動流体熱交換部1020に供給される。この際、機器温調装置1の流体通路60を流れる気相の作動流体は、熱供給部材100の冷媒―作動流体熱交換部1020で凝縮(すなわち液化)し、機器用熱交換器10内の作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、下接続部16から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の作動流体は、電池セル21から吸熱して蒸発し、上接続部15から流体通路60を通じて熱供給部材100に戻る。
図55では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体および冷却水の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、冷凍サイクル8の圧縮機81をオフし、温水ヒータ96およびウォータポンプ91をオンする。これにより、温水ヒータ96により加熱された高温の冷却水が冷却水回路9を流れて熱供給部材100の水―作動流体熱交換部1010に供給される。この際、機器温調装置1の流体通路60を流れる液相の作動流体は、熱供給部材100の水―作動流体熱交換部1010で蒸発(すなわち気化)し、上接続部15から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の気相の作動流体は、電池セル21に放熱して凝縮する。そして、機器用熱交換器10内で凝縮した作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、機器用熱交換器10の液相の作動流体は、下接続部16から流体通路60を通じて熱供給部材100に戻る。
第32実施形態について図56および図57を参照して説明する。第32実施形態は、熱供給部材100に関する構成を変更したものである。本実施形態の熱供給部材100は、空気式熱交換器1030を用いている。この空気式熱交換器1030は、組電池2の冷却時には熱供給部材100のうち重力方向上側の部位に冷風が供給され、組電池2の暖機時には熱供給部材100のうち重力方向下側の部位に温風が供給されるように構成されている。
図56では、機器温調装置1が組電池2を冷却するときの作動流体および風の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の冷却時、制御装置5は、通風路切替ドア256により室内コンデンサ203側の風流れを遮断し、エバポレータ208側の風流れを許容する。これにより、空調ケース252内に、矢印AF1に示すように風が流れ、エバポレータ208で冷やされた空気により空気式熱交換器1030に冷熱が供給される。この際、機器温調装置1の流体通路60を流れる気相の作動流体は、空気式熱交換器1030で凝縮(すなわち液化)し、機器用熱交換器10内の作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、下接続部16から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の作動流体は、電池セル21から吸熱して蒸発し、上接続部15から流体通路60を通じて空気式熱交換器1030に戻る。
図57では、機器温調装置1が組電池2を暖機するときの作動流体および風の流れを実線および破線の矢印で示している。組電池2の暖機時、制御装置5は、通風路切替ドア256により室内コンデンサ203側の風流れを許容し、エバポレータ208側の風流れを遮断する。これにより、空調ケース252内に、矢印AF2に示すように風が流れ、室内コンデンサ203で加熱された空気により空気式熱交換器1030に温熱が供給される。この際、機器温調装置1の流体通路60を流れる液相の作動流体は、空気式熱交換器1030で蒸発(すなわち気化)し、上接続部15から機器用熱交換器10に供給される。その後、機器用熱交換器10の内側の気相の作動流体は、電池セル21に放熱して凝縮する。そして、機器用熱交換器10内で凝縮した作動流体と流体通路60の作動流体とのヘッド差により、機器用熱交換器10の液相の作動流体は、下接続部16から流体通路60を通じて空気式熱交換器1030に戻る。
第33実施形態について説明する。図58に示すように、本実施形態の熱供給部材100は、熱電素子1040により構成されている。具体的に、熱電素子は、例えばペルチェ素子である。この構成においても、熱供給部材100は、流体通路60を流れる作動流体に対し冷熱または温熱を選択的に供給することができる。
第34実施形態について説明する。図59に示すように、第34実施形態は、上述の第29実施形態で説明した構成に対して、凝縮器30、液相通路40および気相通路50を追加したものである。凝縮器30、液相通路40および気相通路50の構成は、第1実施形態などで説明した構成と同じであるので、説明を省略する。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、作動流体の液相と気相との相変化により対象機器の温度を調整する機器温調装置は、機器用熱交換器、上接続部、下接続部、凝縮器、気相通路、液相通路、流体通路、加熱部および制御装置を備える。機器用熱交換器は、対象機器の冷却時に作動流体が蒸発し、対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成されたものである。上接続部は、機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する。下接続部は、機器用熱交換器のうち上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する。凝縮器は、機器用熱交換器より重力方向上側に配置され、機器用熱交換器で蒸発した作動流体を放熱させることにより作動流体を凝縮させる。気相通路は、凝縮器に気相の作動流体が流入する流入口と機器用熱交換器の上接続部とを連通する。液相通路は、凝縮器から液相の作動流体を流出する流出口と機器用熱交換器の下接続部とを連通する。流体通路は、凝縮器を経路上に含むことなく、機器用熱交換器の上接続部と下接続部とを連通する。加熱部は、流体通路を流れる液相の作動流体を加熱可能である。制御装置は、対象機器を加熱するときに加熱部を作動させ、対象機器を冷却するときに加熱部の作動を停止する。
5 制御装置
10 機器用熱交換器
15 上接続部
16 下接続部
30 凝縮器
40 液相通路
50 気相通路
60 流体通路
61 加熱部
Claims (34)
- 作動流体の液相と気相との相変化により対象機器(2)の温度を調整する機器温調装置であって、
前記対象機器の冷却時に作動流体が蒸発し、前記対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、前記対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
前記機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
前記機器用熱交換器のうち前記上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
前記機器用熱交換器より重力方向上側に配置され、前記機器用熱交換器で蒸発した作動流体を放熱させることにより作動流体を凝縮させる凝縮器(30、30a、30b)と、
前記凝縮器に気相の作動流体が流入する流入口と前記機器用熱交換器の前記上接続部とを連通する気相通路(50〜54)と
前記凝縮器から液相の作動流体を流出する流出口と前記機器用熱交換器の前記下接続部とを連通する液相通路(40〜44)と、
前記凝縮器を経路上に含むことなく、前記機器用熱交換器の前記上接続部と前記下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
前記流体通路を流れる液相の作動流体を加熱可能な加熱部(61、61a、61b)と、
前記対象機器を加熱するときに前記加熱部を作動させ、前記対象機器を冷却するときに前記加熱部の作動を停止する制御装置(5)と、を備える機器温調装置。 - 前記凝縮器による作動流体の放熱を抑制可能な放熱抑制部(34、70、83、91)をさらに備える請求項1に記載の機器温調装置。
- 前記放熱抑制部は、前記液相通路または前記気相通路に設けられた流体制御弁(70)である請求項2に記載の機器温調装置。
- 前記放熱抑制部は、前記凝縮器を通過する空気の流通を遮断可能な扉部材(34)である請求項2に記載の機器温調装置。
- 冷媒を圧縮する圧縮機(81)、前記圧縮機により圧縮された冷媒を放熱させる高圧側熱交換器(82)、前記高圧側熱交換器により放熱した冷媒を減圧する膨張弁(84)、前記膨張弁から流出する冷媒と前記凝縮器を流れる作動流体とを熱交換させる冷媒―作動流体熱交換器(85)、前記圧縮機と前記高圧側熱交換器と前記膨張弁と前記冷媒―作動流体熱交換器とを接続する冷媒配管(89)、および、前記冷媒配管を流れる冷媒の流れを規制する流量規制部(83)を有する冷凍サイクル(8)をさらに備え、
前記放熱抑制部は、前記冷凍サイクルが有する前記流量規制部であり、前記冷媒配管を流れる冷媒の流れを遮断することで、前記凝縮器による作動流体の放熱を抑制可能である請求項2ないし4のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 冷却水を圧送するウォータポンプ(91)、前記ウォータポンプにより圧送された冷却水を放熱させる冷却水放熱器(92)、前記冷却水放熱器から流出する冷却水と前記凝縮器を流れる作動流体とを熱交換させる水―作動流体熱交換器(93)、および、前記ウォータポンプと前記冷却水放熱器と前記水―作動流体熱交換器とを接続する冷却水配管(94)を有する冷却水回路(9)をさらに備え、
前記放熱抑制部は、前記冷却水回路が有する前記ウォータポンプであり、前記冷却水配管を流れる冷却水の流れを遮断することで、前記凝縮器による作動流体の放熱を抑制可能である請求項2ないし5のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 作動流体の液相と気相との相変化により対象機器(2)の温度を調整する機器温調装置であって、
前記対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、前記対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
前記機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
前記機器用熱交換器のうち前記上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
前記機器用熱交換器の前記上接続部と前記下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
前記流体通路を流れる液相の作動流体を加熱可能な加熱部(61、61a、61b)と、
前記対象機器を加熱するときに前記加熱部を作動させる制御装置(5)と、を備える機器温調装置。 - 前記加熱部は、前記流体通路のうち、重力方向上下に延びている部位に設けられる請求項1ないし7のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記流体通路は、前記機器用熱交換器の前記下接続部と前記加熱部との間に、前記加熱部より重力方向下側に延びる逆流抑制部(62)を有する請求項1ないし8のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記流体通路は、経路の途中に、前記流体通路を流れる液相の作動流体を貯める貯液部(63)を有する請求項1ないし9のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記貯液部は、前記流体通路の経路のうち一部の内径を大きくすることで形成されたものである請求項10に記載の機器温調装置。
- 前記貯液部の少なくとも一部は、前記機器用熱交換器の前記上接続部と前記下接続部との高さ範囲内に位置している請求項10または11に記載の機器温調装置。
- 前記加熱部は、前記貯液部に貯められた液相の作動流体を加熱可能な位置に設けられている請求項10ないし12のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記加熱部の加熱能力の増大と低下を繰り返しながら前記対象機器を加熱する、請求項1ないし13のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する機能を有し、
前記対象機器の温度分布が、所定の第1温度閾値以上になると、前記加熱部の加熱能力を低下させ、
前記対象機器の温度分布が、所定の第2温度閾値以下になると、前記加熱部の加熱能力を増大させる、請求項14に記載の機器温調装置。 - 前記制御装置は、前記加熱部の加熱能力に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項14または15に記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記加熱部の駆動と停止を間欠的に繰り返しながら前記対象機器を加熱する、請求項1ないし13のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する機能を有し、
前記対象機器の温度分布が、所定の第1温度閾値以上になると、前記加熱部の動作を停止し、
前記対象機器の温度分布が、所定の第2温度閾値以下になると、前記加熱部の動作を再開する、請求項17に記載の機器温調装置。 - 前記制御装置は、前記加熱部が連続して作動している時間、または、前記加熱部が連続して作動を停止している時間に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項17または18に記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記加熱部に供給される電力に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項14ないし19のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記加熱部は、前記対象機器の暖機時に温水が流れるように構成されている水―作動流体熱交換器(93)であり、
前記制御装置は、前記水―作動流体熱交換器による作動流体の加熱能力に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項14ないし19のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記制御装置は、前記水―作動流体熱交換器を流れる水温と前記対象機器の温度との差に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項21に記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記水―作動流体熱交換器を流れる水の温度と前記対象機器の温度との差、および、前記水―作動流体熱交換器を流れる水の流量に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項21または22に記載の機器温調装置。
- 前記加熱部は、前記対象機器の暖機時に温度の高い冷媒が流れるように構成されている冷媒―作動流体熱交換器(200)であり、
前記制御装置は、前記冷媒―作動流体熱交換器による作動流体の加熱能力に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項14ないし19のいずれか1つに記載の機器温調装置。 - 前記制御装置は、前記冷媒―作動流体熱交換器を流れる冷媒の温度と前記対象機器の温度との差に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項24に記載の機器温調装置。
- 前記制御装置は、前記冷媒―作動流体熱交換器を流れる冷媒の温度と前記対象機器の温度との差、および、前記冷媒―作動流体熱交換器を流れる冷媒の流量に基づき、前記対象機器の温度分布の大きさを判定する、請求項24または25に記載の機器温調装置。
- 作動流体の液相と気相との相変化により対象機器(2)の温度を調整する機器温調装置であって、
前記対象機器の冷却時に作動流体が蒸発し、前記対象機器の暖機時に作動流体が凝縮するように、前記対象機器と作動流体とが熱交換可能に構成された機器用熱交換器(10、10a、10b)と、
前記機器用熱交換器のうち重力方向上側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する上接続部(15、151、151a、151b、152、152a、152b)と、
前記機器用熱交換器のうち前記上接続部よりも重力方向下側の部位に設けられ、作動流体が流入または流出する下接続部(16、161、161a、161b、162、162a、162b)と、
前記機器用熱交換器の前記上接続部と前記下接続部とを連通する流体通路(60、60a、60b)と、
前記機器用熱交換器の内側にある作動流体の液面(FL)の高さを跨ぐ高さ方向の位置で前記流体通路に設けられ、前記流体通路を流れる作動流体に対し冷熱または温熱を選択的に供給可能な熱供給部材(85、93、100、1010、1020、1030、1040、200)と、を備える機器温調装置。 - 前記熱供給部材は、水―作動流体熱交換器(93)であり、前記対象機器の冷却時には作動流体に対し冷熱を供給するための冷水が流れ、前記対象機器の暖機時には作動流体に対し温熱を供給するための温水が流れるよう選択的に切り替えられるように構成されている請求項27に記載の機器温調装置。
- 前記熱供給部材は、冷媒―作動流体熱交換器(85)であり、前記対象機器の冷却時には作動流体に対し冷熱を供給するための低温低圧の冷媒が流れ、前記対象機器の暖機時には作動流体に対し温熱を供給するための高温高圧の冷媒が流れるよう選択的に切り替えられるように構成されている請求項27に記載の機器温調装置。
- 前記熱供給部材の中で、前記流体通路を流れる作動流体に対し冷熱を供給可能な冷熱供給機構が重力方向上側に配置され、前記流体通路を流れる作動流体に対し温熱を供給可能な温熱供給機構が重力方向下側に配置されている請求項27ないし29のいずれか1つに記載の機器温調装置。
- 前記冷熱供給機構は、前記対象機器の冷却時に低温低圧の冷媒が流れる冷媒―作動流体熱交換部(1020)であり、
前記温熱供給機構は、前記対象機器の暖機時に温水が流れる水―作動流体熱交換部(1010)である請求項30に記載の機器温調装置。 - 前記熱供給部材は、空気式熱交換器(1030)であり、前記対象機器の冷却時に前記熱供給部材のうち重力方向上側の部位に冷風が供給され、前記対象機器の暖機時に前記熱供給部材のうち重力方向下側の部位に温風が供給されるように構成されている請求項27に記載の機器温調装置。
- 前記熱供給部材は、熱電素子(1040)により構成されている請求項27に記載の機器温調装置。
- 前記機器用熱交換器より重力方向上側に配置され、前記機器用熱交換器で蒸発した作動流体を放熱させることにより作動流体を凝縮させる凝縮器(30、30a、30b)と、
前記凝縮器に気相の作動流体が流入する流入口と前記機器用熱交換器の前記上接続部とを連通する気相通路(50〜54)と、
前記凝縮器から液相の作動流体を流出する流出口と前記機器用熱交換器の前記下接続部とを連通する液相通路(40〜44)と、をさらに備え、
前記流体通路は、前記凝縮器を経路上に含むことなく、前記機器用熱交換器の前記上接続部と前記下接続部とを連通するものである、請求項27ないし33のいずれか1つに記載の機器温調装置。
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