JP2021120598A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device.
従来、車両において、冷媒の沸騰及び凝縮作用によって冷却対象物である電池を冷却する冷却装置に対し、液相の冷媒が流れる液相配管と気相の冷媒が流れる気相配管とを接続する接続配管を設けることが知られている(特許文献1など)。
Conventionally, in a vehicle, a connection for connecting a liquid phase pipe through which a liquid phase refrigerant flows and a gas phase pipe through which a gas phase refrigerant flows to a cooling device that cools a battery, which is a cooling object, by boiling and condensing the refrigerant. It is known to provide piping (
前記冷却装置では、車両の降坂時などに傾斜することで気相配管に液相の冷媒が入り込んだり、気相配管内の気相の冷媒が外気などによって冷却されて液相の冷媒に凝縮したりすることがあるため、接続配管を介して気相配管内の液相の冷媒を液相配管に排出することが考えられる。しかしながら、車両の運転条件によって、液相配管側の圧力が気相配管側の圧力よりも高いと圧力差により、接続配管を介して液相配管内の液相の冷媒が気相配管内に逆流するおそれがある。 In the cooling device, the liquid phase refrigerant enters the gas phase pipe by inclining when the vehicle descends, or the gas phase refrigerant in the gas phase pipe is cooled by the outside air and condensed into the liquid phase refrigerant. Therefore, it is conceivable that the liquid phase refrigerant in the gas phase pipe is discharged to the liquid phase pipe via the connection pipe. However, if the pressure on the liquid phase pipe side is higher than the pressure on the gas phase pipe side depending on the operating conditions of the vehicle, the liquid phase refrigerant in the liquid phase pipe flows back into the gas phase pipe via the connection pipe due to the pressure difference. There is a risk.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、接続配管を介して液相配管から気相配管に液相の冷却冷媒が逆流することを抑制し、接続配管を介して気相配管内の液相の冷媒を液相配管内に排出することができる冷却装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent backflow of the liquid phase cooling refrigerant from the liquid phase pipe to the gas phase pipe via the connecting pipe, and to prevent the liquid phase cooling refrigerant from flowing back through the connecting pipe. It is an object of the present invention to provide a cooling device capable of discharging the liquid phase refrigerant in the gas phase pipe into the liquid phase pipe.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、冷却対象物と冷媒との熱交換により液相の前記冷媒を蒸発させることによって、前記冷却対象物を冷却する蒸発部と、前記蒸発部よりも上方に配置されており、前記冷媒と外部流体との熱交換により気相の前記冷媒を凝縮させることによって、前記冷媒の熱を前記外部流体に放熱する凝縮部と、前記蒸発部から前記凝縮部に気相の前記冷媒を導くための気相配管と、前記凝縮部から前記蒸発部に液相の前記冷媒を導くための液相配管と、前記気相配管と前記液相配管とを接続する接続配管と、を備えた冷却装置であって、前記接続配管に設けられ、前記気相配管と前記液相配管との間での前記冷媒の流れを、前記接続配管内の流路の開閉度を変化させることによって制御する制御弁と、前記液相配管側の圧力が前記気相配管側の圧力よりも高いときに前記開閉度を小さくし、前記液相配管側の圧力が前記気相配管側の圧力よりも低いときに前記開閉度を大きくするように、前記制御弁を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the cooling device according to the present invention cools the object to be cooled by evaporating the refrigerant in the liquid phase by heat exchange between the object to be cooled and the refrigerant. The evaporating part and the condensing part which are arranged above the evaporating part and dissipate the heat of the refrigerant to the external fluid by condensing the refrigerant in the gas phase by heat exchange between the refrigerant and the external fluid. A gas phase pipe for guiding the gas phase refrigerant from the evaporating part to the condensing part, a liquid phase pipe for guiding the liquid phase refrigerant from the condensing part to the evaporating part, and the gas phase pipe. A cooling device including a connecting pipe for connecting the liquid phase pipe and the liquid phase pipe, which is provided in the connecting pipe and allows the flow of the refrigerant between the gas phase pipe and the liquid phase pipe to flow. A control valve controlled by changing the opening / closing degree of the flow path in the connecting pipe, and the liquidus phase by reducing the opening / closing degree when the pressure on the liquid phase piping side is higher than the pressure on the gas phase piping side. It is characterized by including a control device for controlling the control valve so that the opening / closing degree is increased when the pressure on the piping side is lower than the pressure on the gas phase piping side.
本発明に係る冷却装置は、接続配管に設けられた制御弁を、液相配管側の圧力が、気相配管側の圧力よりも高いときに開閉度を小さくし、気相配管側の圧力よりも低いときに開閉度を大きくすることによって、接続配管を介して液相配管内から気相配管内に液相の冷却冷媒が逆流することを抑制し、接続配管を介して気相配管内の液相の冷媒を液相配管内に排出することができるという効果を奏する。 The cooling device according to the present invention reduces the opening / closing degree of the control valve provided in the connecting pipe when the pressure on the liquid phase pipe side is higher than the pressure on the gas phase pipe side, and is larger than the pressure on the gas phase pipe side. By increasing the degree of opening and closing when the pressure is low, the backflow of the liquid phase cooling refrigerant from the liquid phase pipe to the gas phase pipe via the connecting pipe is suppressed, and the liquid phase in the gas phase pipe is suppressed through the connecting pipe. It has the effect of being able to discharge the refrigerant of the above into the liquid phase piping.
以下に、本発明に係る冷却装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the cooling device according to the present invention will be described. The present invention is not limited to the present embodiment.
図1は、実施形態に係る冷却装置1の概略構成を示した斜視図である。図1に示した実施形態に係る冷却装置1は、車両に搭載された組電池2を冷却対象物として冷却することによって、組電池2の電池温度を調節する。冷却装置1を搭載する車両としては、組電池2を電源とする図示しないモータによって走行可能な電気自動車、または、ハイブリッド自動車などが想定される。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the
組電池2は、直方体形状の複数の電池セル21と、電池セル21の温度である電池温度を検知する電池温度センサ22とを有している。複数の電池セル21は、車両前後方向と直交する車両幅方向に配列されている。電池温度センサ22は、複数の電池セル21のうちの1つの電池セル21に対してのみ設けているが、全ての電池セル21など、複数の電池セル21に対して電池温度センサ22をそれぞれ設けてもよい。なお、本実施形態において、車両前後方向は、水平な路面上に車両が位置するときに、鉛直方向と一致する車両高さ方向に対して交差する方向、さらに言えば、車両高さ方向に直交する方向の一つである。
The assembled
冷却装置1は、電子制御装置3、凝縮器11、蒸発器12、液相配管13、メイン気相配管14、サブ気相配管15、接続配管16、及び、開閉弁17などを備えており、冷媒が循環する冷媒回路を構成している。この冷媒回路を循環する冷媒としては、蒸気圧縮式の冷凍サイクルで利用される冷媒(例えば、R134a、R1234yf)が採用される。
The
電子制御装置3は、例えば、少なくとも、電池温度センサ22の検知結果などに基づいて制御弁である開閉弁17の開閉動作を制御する装置である。なお、電子制御装置3は、冷却装置1が搭載される車両の走行などに関する種々の制御を行う電子制御装置を兼用してもよい。
The
図2は、実施形態に係る冷却装置1において液相配管13及びサブ気相配管15の内部に存在する液相の冷媒Lを表示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the liquid phase refrigerant L existing inside the
実施形態に係る冷却装置1では、車両前後方向の車両前側に凝縮部である凝縮器11が位置している。凝縮器11は、蒸発器12にて蒸発した気相の冷媒を凝縮させる熱交換器である。凝縮器11は、例えば、車両のエンジンルーム内に配置されており、エンジンルーム内に搭載された空調用の冷凍サイクル装置の外部流体である冷媒との熱交換によって気相の冷媒から放熱させることにより、冷媒を凝縮させる。また、凝縮器11を車両のエンジンルーム内に配置することによって、エンジンルーム内のスペースを有効に活用することが可能となる。
In the
実施形態に係る冷却装置1では、車両前後方向の車両後ろ側に蒸発部である蒸発器12が位置している。蒸発器12は、蒸発器12内を流通する冷媒と組電池2とを熱交換させる熱交換器である。すなわち、蒸発器12は、冷媒回路での冷媒の循環に伴い、組電池2から液相の冷媒Lへ吸熱させ、それによって液相の冷媒Lを蒸発させる(沸騰させ気化させる)。蒸発器12は、組電池2の側方に熱伝導可能に連結されている。また、蒸発器12は、車両高さ方向で凝縮器11よりも下方に配置されている。これにより、液相の冷媒Lが、重力によって、蒸発器12を含む冷媒回路の下部に溜まるようになっている。
In the
液相通路部である液相配管13は、凝縮器11にて凝縮した液相の冷媒Lを蒸発器12に導くものである。液相配管13の車両前後方向で車両前側の端部は、凝縮器11の流体出口部111に接続されている。液相配管13の車両前後方向で車両後ろ側の端部は、蒸発器12の流体入口部121に接続されている。これにより、液相配管13の内部には、凝縮器11から蒸発器12へ向かって液相の冷媒Lを流すための液通路が形成されている。
The
第1気相通路部であるメイン気相配管14は、蒸発器12にて蒸発した気相の冷媒を凝縮器11に導くものである。メイン気相配管14は、車両前後方向で車両後ろ側から見て車両前側に上り勾配で傾いて、車両高さ方向に延在している。
The main
メイン気相配管14の車両前後方向で車両後ろ側の端部は、蒸発器12の流体出口部と接続されている。メイン気相配管14の車両前後方向で車両前側の端部は、凝縮器11に接続されている。これにより、メイン気相配管14の内部には、蒸発器12から凝縮器11へ向かって気相の冷媒を流すための流路が形成されている。
The end of the main
第2気相通路部であるサブ気相配管15は、メイン気相配管14よりも上方に位置しており、蒸発器12にて蒸発した気相の冷媒を凝縮器11に導くものである。サブ気相配管15は、第1管部151と第2管部152と第3管部153と第4管部154と第5管部155と第6管部156とによって構成されている。第1管部151は、メイン気相配管14に対して車両高さ方向で上側に立設している。第2管部152は、車両前後方向に延在している。第3管部153は、車両前後方向で車両後ろ側から見て車両前側に下り勾配で傾いて、車両高さ方向に延在している。第4管部154は、車両前後方向で車両後ろ側から見て車両前側に下り勾配で傾いて、車両前後方向に延在している。第5管部155は、車両前後方向で車両後ろ側から見て車両前側に上り勾配で傾いて、車両高さ方向に延在している。第6管部156は、車両前後方向に延在している。
The
第1管部151の車両高さ方向で下側の端部は、メイン気相配管14の車両前後方向で車両後ろ側の端部と接続されている。第1管部151の車両高さ方向で上側の端部は、第2管部152の車両前後方向で車両後ろ側の端部と接続されている。第2管部152の車両前後方向で車両前側の端部は、第3管部153の車両高さ方向で上側の端部と接続されている。第3管部153の車両高さ方向で下側の端部は、第4管部154の車両前後方向で車両後ろ側の端部と接続されている。第4管部154の車両前後方向で車両前側の端部は、第5管部155の車両高さ方向で下側の端部と接続されている。第5管部155の車両高さ方向で上側の端部は、第6管部156の車両前後方向で車両後ろ側の端部と接続されている。第6管部156の車両前後方向で車両前側の端部は、凝縮器11に接続されている。これにより、サブ気相配管15の内部には、蒸発器12から凝縮器11へ向かって気相の冷媒を流すための流路が形成されている。なお、サブ気相配管15において各管部同士の接続部分が、R形状であってもよい。
The lower end of the
また、実施形態に係る冷却装置1では、サブ気相配管15の第1管部151と第2管部152と第3管部153とによって、サブ気相配管15の車両前後方向で車両後ろ側(前記所定方向の一方側)における端部において、少なくとも一部が周囲よりも上方に立ち上がった立ち上がり部であるツノ部150が形成されている。ツノ部150は、第1管部151が上方に立ち上がった後、第2管部152を介して、第3管部153が下方に向かうように屈曲した凸形状である。
Further, in the
実施形態に係る冷却装置1では、図1に示すように、組電池2を挟んで車両幅方向の両側に、液相配管13と、メイン気相配管14及びサブ気相配管15とを片側ずつに分けて配置している。ここで、組電池2の車両幅方向で片側だけに、液相配管13、メイン気相配管14及びサブ気相配管15をまとめて配置した場合には、組電池2の車両幅方向で両側に設けられた、車両幅方向の衝突が車両に生じた際に組電池2の損傷を防止するためのスペースの一方がデッドスペースとなってしまう。これに対して、実施形態に係る冷却装置1のように、組電池2の車両幅方向で両側に、液相配管13と、メイン気相配管14及びサブ気相配管15とを片側ずつに分けて配置することによって、組電池2の車両幅方向で両側に設けられた前記スペースの両方を最大限に活用することができる。
In the
接続配管16は、液相配管13とサブ気相配管15とに接続されており、サブ気相配管15内の液相の冷媒Lを液相配管13内へ排出可能に構成されている。また、接続配管16の途中には液相配管13とサブ気相配管15との間での液相の冷媒Lの流れを、接続配管16内の流路の開閉度を変化させることによって制御する制御弁である開閉弁17が設けられている。
The
液相配管13と接続配管16とが接続され、液相配管13内の流路と接続配管16内の流路とが合流する第1合流部191は、車両高さ方向で凝縮器11と蒸発器12との間に位置している。具体的には、第1合流部191が、車両高さ方向で、液相配管13の車両前後方向で車両前側の端部が接続される凝縮器11の流体出口部111よりも下側に位置しており、液相配管13の車両前後方向で車両後ろ側の端部が接続される蒸発器12の流体入口部121よりも上側に位置している。
The
サブ気相配管15と接続配管16とが接続され、サブ気相配管15内の流路と接続配管16内の流路とが合流する第2合流部192は、サブ気相配管15における、第4管部154の車両前後方向で車両前側の端部と、第5管部155の車両前後方向で車両後ろ側の端部と、の接続部分に設けられている。実施形態に係る冷却装置1では、車両前後方向で車両後ろ側から見たときに、第4管部154が車両前側に下り勾配で傾いており、第5管部155が車両前側に上り勾配で傾いている。そのため、第2合流部192は、第4管部154と第5管部155とによって形成された、サブ気相配管15の凹部(谷間)に位置している。
The
続いて、図1を用いて、実施形態に係る冷却装置1の基本作動について説明する。冷却装置1では、車両の走行時の自己発熱などによって組電池2の電池温度が上昇すると、組電池2の熱が蒸発器12に移動する。蒸発器12では、組電池2から吸熱することによって液相の冷媒Lの一部が蒸発する。組電池2は、蒸発器12の内部に存在する冷媒の蒸発潜熱によって冷却され、組電池2の温度が低下する。蒸発器12にて蒸発した冷媒は、蒸発器12からメイン気相配管14へ流出し、メイン気相配管14を介して凝縮器11へ移動する。凝縮器11では、気相の冷媒が放熱することによって凝縮した液相の冷媒Lは、重力によって下降する。これにより、凝縮器11で凝縮した液相の冷媒Lは、凝縮器11から液相配管13へ流出し、液相配管13を介して蒸発器12へ移動する。そして、蒸発器12では、流入した液相の冷媒Lの一部が、組電池2から吸熱することによって蒸発する。
Subsequently, the basic operation of the
このように、冷却装置1では、冷媒が気相と液相とに相変化しながら蒸発器12と凝縮器11との間を循環し、蒸発器12から凝縮器11へ熱が輸送される。これにより、冷却対象である組電池2は冷却される。冷却装置1は、圧縮機などによる冷媒の循環に要する駆動力が無くても、冷媒回路の内部を冷媒が自然循環する構成となっている。このため、冷却装置1は、電力消費量及び騒音の双方を抑えた効率の良い組電池2の冷却を実現することができる。
In this way, in the
ここで、冷却装置1においては、蒸発器12側から凝縮器11側に向かって、サブ気相配管15を流れている気相の冷媒の一部が、凝縮器11に近づくにつれて外気などにより冷やされて凝縮し、液相の冷媒Lになることがある。サブ気相配管15内の液相の冷媒Lは、サブ気相配管15の車両前後方向で後ろ側にツノ部150が設けられていることによって、サブ気相配管15の車両前後方向で後ろ側の端部から蒸発器12内に排出させることができず、サブ気相配管15内に滞留し、サブ気相配管15を閉塞させてしまうおそれがある。
Here, in the
そのため、実施形態に係る冷却装置1では、サブ気相配管15内において液相の冷媒Lが溜まり易い凹部(谷間)に接続配管16を接続することによって、サブ気相配管15内に滞留した液相の冷媒Lを、接続配管16を介して液相配管13に効率良く排出させることができる。このように、実施形態に係る冷却装置1では、液相の冷媒Lが排出され難いツノ部150を備えたサブ気相配管15と液相配管13とを、接続配管16によって接続することによって、液相の冷媒Lが排出され難いサブ気相配管15から液相の冷媒Lを液相配管13に排出させることができる。
Therefore, in the
また、実施形態に係る冷却装置1では、サブ気相配管15側が液相配管13側よりも高くなるように、液相配管13とサブ気相配管15とに接続配管16を接続している。これにより、液相の冷媒Lの自重によって、接続配管16を介してサブ気相配管15内から液相配管13内に液相の冷媒Lを排出させ易くすることができるとともに、接続配管16を介して液相配管13内からサブ気相配管15内に液相の冷媒Lを逆流し難くすることができる。
Further, in the
ここで、接続配管16を介して液相配管13とサブ気相配管15との間を常時、液相の冷媒Lが排出可能な状態であると、液相配管13内の液相の冷媒Lがサブ気相配管15内に逆流し易くなる。特に、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも高いと圧力差によって、接続配管16を介して液相配管13内からサブ気相配管15内に液相の冷媒Lが逆流してしまう。
Here, if the liquid phase refrigerant L can always be discharged between the
そこで、実施形態に係る冷却装置1では、サブ気相配管15の第2合流部192に溜まった液相の冷媒Lを、接続配管16を介して液相配管13に排出する必要性に応じて、予め定められた条件にしたがって、電子制御装置3によって開閉弁17の開閉動作が制御される。具体的には、開閉弁17は、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも高いときに接続配管16内の流路の開閉度を小さくし、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも低いときに前記開閉度を大きくするように、電子制御装置3によって制御される。実施形態に係る冷却装置1では、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも高いときに開閉弁17を閉じ、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも低いときに開閉弁17を開ける。
Therefore, in the
これにより、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも高いときには、液相配管13側からサブ気相配管15側に液相の冷媒Lが流れないように、液相配管13とサブ気相配管15との間での液相の冷媒Lの流れが、開閉弁17によって制御される。また、液相配管13側の圧力がサブ気相配管15側の圧力よりも低いときには、サブ気相配管15側から液相配管13側に液相の冷媒Lが流れるように、液相配管13とサブ気相配管15との間での液相の冷媒Lの流れが、開閉弁17によって制御される。よって、実施形態1に係る冷却装置1では、接続配管16を介して液相配管13からサブ気相配管15に液相の冷却冷媒が逆流することを抑制し、サブ気相配管15内に滞留した液相の冷媒Lを、接続配管16を介して液相配管13に効率良く排出させることができる。
As a result, when the pressure on the
液相配管13側の圧力としては、例えば、第1合流部191の圧力、具体的には、図2に示すように、液相配管13内における液相の冷媒Lの液柱水頭圧であって、液相配管13と接続配管16との第1合流部191の位置での合流部液柱水頭圧Pを用いることができる。この合流部液柱水頭圧Pは、液相配管13内における液面高さh1から推定することができる。なお、液面高さh1は、液相配管13の車両高さ方向で最下端となる位置から車両高さ方向で液相の冷媒Lの液面までの高さである。図2においては、液相配管13の車両高さ方向で最下端が、液相配管13の車両前後方向で車両後ろ側の端部であり、その端部と接続された蒸発器12の流体入口部121から前記液面までの高さを液面高さh1としている。また、冷却装置1の構成によって決まる接続部高さHを、予め実測するなどして求めておく。なお、接続部高さHは、液相配管13の車両前後方向で車両後ろ側の端部と接続された蒸発器12の流体入口部121から、液相配管13と接続配管16との第1合流部191までの車両高さ方向の高さである。そして、液面高さh1から接続部高さHを引いた高さである液柱高さh2分だけの液柱水頭圧を、液相配管13内における第1合流部191の位置での合流部液柱水頭圧Pとして推定することができる。なお、本実施形態では、液相配管13内において車両高さ方向で第1合流部191と液面との間に存在する液相の冷媒Lの部分を「液柱」という。
The pressure on the
液相配管13内では、液面よりも車両高さ方向で下側になるにつれて液柱水頭圧が大きくなる。一方、凝縮器11内の圧力は、冷媒回路内で最低の圧力となる。そして、液相配管13の最下部は、サブ気相配管15の最上部が接続された凝縮器11の流体入口部よりも圧力が1〜数[kPa]程度高い状態となっている。液相配管13内の液柱水頭圧は、液相配管13の最下端から最上端(凝縮器11)側に向かうにつれて小さくなるため、サブ気相配管15内と同等以下の圧力となる部位が、液相配管13の最下端から最上端の間に存在する。そのため、液相配管13の最下端よりも高い位置で、接続配管16を液相配管13と接続させることによって、第1合流部191での合流部液柱水頭圧Pよりもサブ気相配管15内の圧力が高くなるような、液相配管13側の圧力とサブ気相配管15側の圧力との圧力差を確保し易くなる。これにより、サブ気相配管15内の液相の冷媒Lを逆流なく液相配管13へ排出させる車両の運転条件を広くとることができる。
In the
図3は、車両の高負荷運転時における冷却装置1の状態の一例を示した図である。車両の高負荷運転時には、組電池2からモータに出力する電力が大きいため、組電池2の電池セル21の電池発熱量が多くなる。液相配管13内の液面高さh1は、電池発熱量が多いほど高くなる。そのため、図3に示すように、液相配管13と接続配管16との第1合流部191よりも大幅に高い液面高さh1となっている場合は、「サブ気相配管15内の圧力<第1合流部191での圧力」の関係を満たす状態が発生する可能性がある。そのため、「サブ気相配管15内の圧力<第1合流部191での圧力」の関係を満たす状態となる車両の運転条件では開閉弁17を閉じて、液相配管13からサブ気相配管15への冷媒の逆流を防止する。これにより、サブ気相配管15内に液相の冷媒Lが滞留することによる圧損増加を低減させて、組電池2の電池セル21の温度上昇を抑制し、組電池2(電池セル21)の寿命向上を図ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the state of the
図4は、車両の軽負荷運転時における冷却装置1の状態の一例を示した図である。車両の軽負荷運転時には、組電池2からモータに出力する電力が小さいため、組電池2の電池セル21の電池発熱量が少なくなる。電池発熱量が少ないほど、蒸発器12で蒸発する冷媒が少なく、冷媒の循環量が少なくなるため、蒸発器12内に多くの液相の冷媒Lが蓄えられる。そのため、液相配管13内の液面高さh1は、電池発熱量が少ないほど低くなる。そのため、図4に示すように、液相配管13と接続配管16との第1合流部191よりも距離xだけ低い液面高さh1となっている場合は、液相配管13内における第1合流部191の位置で液柱水頭圧が作用しないため、「サブ気相配管15内の圧力>第1合流部191での圧力」の関係を満たす状態となっている。そのため、「サブ気相配管15内の圧力>第1合流部191での圧力」の関係を満たす状態となる車両の運転条件では、開閉弁17を開けて、サブ気相配管15から液相配管13への液相の冷媒Lの排出を可能にする。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the state of the
図5は、車両の降坂時における冷却装置1の姿勢を示した図である。図5に示すように、車両の降坂時における冷却装置1の姿勢は、車両前後方向で車両前側が車両後ろ側よりも低くなるように水平方向に対して傾いている。このように、冷却装置1が傾くと、液相配管13内での液柱内鉛直成分(液相の冷媒Lの重力方向の成分)が減少するため、液相配管13と接続配管16との第1合流部191の位置での合流部液柱水頭圧Pは、水平な路面上に車両が位置するときよりも低くなる。そのため、液相配管13と接続配管16との第1合流部191よりも高い液面高さh1となっている場合でも、「サブ気相配管15内の圧力>第1合流部191での圧力」の関係を満たす状態となる車両の運転条件では、開閉弁17を開けて、サブ気相配管15から液相配管13への液相の冷媒Lの排出を可能にする。
FIG. 5 is a diagram showing the posture of the
液相配管13の圧力の大小は、液相の冷媒Lの液面高h1さから推定することができる。液面高さh1の大小は、例えば、車体の傾斜や、組電池2の電池負荷や、配管圧力などから予測することができ、これらの情報を取得する各種センサを設ければ良い。なお、組電池2の電池セル21の発熱量の大きさ、組電池2から電力を供給するモータの出力の高さ、及び、外気温の高さなど、電池負荷が高いときには、電池発熱量が大きく液相の冷媒Lの気化が盛んで蒸発器12内の内圧が高いため、液相の冷媒Lが液相配管13から蒸発器12内に入り難く、液相の冷媒Lの液面高さh1(液柱高さh2)が高くなりやすい。
The magnitude of the pressure in the
図6は、電池温度と冷媒飽和圧力との関係を示したグラフである。なお、図6中の横軸は、組電池2の電池セル21の電池温度である。また、図6中の縦軸は、サブ気相配管15内における冷媒の冷媒飽和圧力である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the battery temperature and the refrigerant saturation pressure. The horizontal axis in FIG. 6 is the battery temperature of the
サブ気相配管15内の圧力の大きさは、組電池2の電池負荷として、例えば、電池温度センサ22によって検知された電池セル21の電池温度から推定することができる。図6に示すように、電池温度と冷媒飽和圧力とは比例関係にあり、電池温度が高くなるほど冷媒飽和圧力も高くなる。また、冷媒飽和圧力とサブ気相配管15内の圧力とには比例関係があり、冷媒飽和圧力が高くなるほどサブ気相配管15内の圧力も高くなる。このことから、「サブ気相配管15内の圧力∝冷媒飽和圧力∝電池温度」の関係があるため、電池温度からサブ気相配管15内の圧力を推定することができる。また、電池温度を引数にすれば、サブ気相配管15内の圧力の絶対値ではなく、サブ気相配管15内の圧力に相関のある指標を求めることができる。
The magnitude of the pressure in the
図7(a)は、電池発熱量と冷媒循環量との関係を示したグラフである。なお、図7(a)中の横軸は、組電池2の電池セル21の発熱量である電池発熱量である。この電池発熱量は、例えば、電池セル21から電力を出力する際の電圧値及び電流値などを用いて算出する。また、図7(a)中の縦軸は、冷却装置1の冷媒回路での冷媒循環量である。図7(b)は、冷媒循環量と液柱高さh2との関係を示したグラフである。なお、図7(b)中の横軸は、冷却装置1の冷媒回路での冷媒循環量である。また、図7(b)中の縦軸は、液相配管13内における液相の冷媒Lの液柱高さh2である。
FIG. 7A is a graph showing the relationship between the amount of heat generated by the battery and the amount of refrigerant circulating. The horizontal axis in FIG. 7A is the amount of heat generated by the
図7(a)に示すように、電池発熱量と冷媒循環量とは比例関係にあり、電池発熱量が多くなるほど冷媒循環量も多くなる。また、図7(b)に示すように、冷媒循環量と液柱高さh2と比例関係にあり、冷媒循環量が多くなるほど液柱高さh2が高くなる。このことから、「電池発熱量∝冷媒循環量∝液柱高さh2」の関係があるため、電池発熱量から液柱高さh2ひいては合流部液柱水頭圧Pを推定することができる。また、電池発熱量を引数にすれば、液柱高さh2に相関のある指標を求めることができる。なお、言うまでもなく、液相配管13内における液面高さh1と液柱高さh2とは比例関係にあるため、電池発熱量から液面高さh1を推定することができる。
As shown in FIG. 7A, the battery calorific value and the refrigerant circulation amount are in a proportional relationship, and the larger the battery calorific value, the larger the refrigerant circulation amount. Further, as shown in FIG. 7B, there is a proportional relationship between the refrigerant circulation amount and the liquid column height h2, and the liquid column height h2 increases as the refrigerant circulation amount increases. From this, since there is a relationship of "battery calorific value ∝ refrigerant circulation amount ∝ liquid column height h2", the liquid column height h2 and thus the confluence liquid column head pressure P can be estimated from the battery calorific value. Further, if the battery calorific value is used as an argument, an index correlating with the liquid column height h2 can be obtained. Needless to say, since the liquid level height h1 and the liquid column height h2 in the
図8は、液相配管13内における第1合流部191での圧力の算出方法を示した図である。図8に示すように、液相配管13内における第1合流部191での合流部液柱水頭圧Pは、液面高さh1から接続部高さHを引いた液柱高さh2に対して、液相配管13内での液面の位置における水平に対する液柱の傾斜角(液相配管13の傾斜角)θを考慮して算出することが好ましい。これにより、水平な路面上に車両が位置するときの傾斜角θを基準にして、車両に設けられた車両傾斜センサの検知結果に基づいて、車両の降坂時などに冷却装置1が傾いた姿勢での合流部液柱水頭圧Pを、より精度良く推定することができる。
FIG. 8 is a diagram showing a method of calculating the pressure at the
また、実施形態に係る冷却装置1では、液相配管13側の圧力とサブ気相配管15側の圧力との大小関係は、液相配管13側の圧力とサブ気相配管15側の圧力とのいずれか一方だけから推定してもよい。すなわち、液相配管13側の圧力(合流部液柱水頭圧P)に関連する電池発熱量だけに基づいて、液相配管13側の圧力とサブ気相配管15側の圧力との大小関係を推定しても良い。または、サブ気相配管15内の圧力に関連する電池温度だけに基づいて、液相配管13側の圧力とサブ気相配管15側の圧力との大小関係を推定しても良い。
Further, in the
また、実施形態に係る冷却装置1においては、液相配管13側の圧力(合流部液柱水頭圧P)、液面高さh1、及び、サブ気相配管15内の圧力などを、それぞれ直接検知するセンサなどを設けても良い。
Further, in the
図9は、実施形態に係る冷却装置1において電子制御装置3が実施する制御の一例を示したフローチャートである。なお、図9に示したフローチャートでは、制御のスタート時に開閉弁17が閉じた状態であるとする。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the control performed by the
まず、電子制御装置3は、サブ気相配管15が液相の冷媒Lによって閉塞されているかを判断する(ステップS1)。この際、サブ気相配管15が液相の冷媒Lによって閉塞されているか否かの判断は、例えば、車両の傾斜回数や外気温などの所定の判断情報を、車両に搭載されたセンサによって検知しておき、その検知結果に基づいて行うことができる。サブ気相配管15が液相の冷媒Lによって閉塞されていないと判断した場合(ステップS1にてNo)、電子制御装置3は、開閉弁17が閉じた状態を維持して(ステップS8)、一連の制御を終了する。
First, the
一方、サブ気相配管15が液相の冷媒Lによって閉塞されていると判断した場合(ステップS1にてYes)、電子制御装置3は、サブ気相配管15内の圧力を推定する(ステップS2)。次に、電子制御装置3は、液相配管13内の液柱高さh2を推定する(ステップS3)。次に、電子制御装置3は、車両の傾斜を考慮して、液相配管13と接続配管16との第1合流部191の圧力を算出する(ステップS4)。次に、電子制御装置3は、「第1合流部191の圧力<サブ気相配管15内の圧力」の関係を満たすかを判断する(ステップS5)。なお、上述したように、第1合流部191の圧力は、合流部液柱水頭圧Pに相当する。「第1合流部191の圧力<サブ気相配管15内の圧力」の関係を満たさないと判断した場合(ステップS5にてNo)、電子制御装置3は、開閉弁17が閉じた状態を維持して(ステップS8)、一連の制御を終了する。
On the other hand, when it is determined that the sub
一方、「第1合流部191の圧力<サブ気相配管15内の圧力」の関係を満たすと判断した場合(ステップS5にてYes)、電子制御装置3は、開閉弁17を所定時間開ける(ステップS6)。次に、電子制御装置3は、所定時間経過後に開閉弁17を閉じて(ステップS7)、一連の制御を終了する。
On the other hand, when it is determined that the relationship of "pressure of the first merging
このように、実施形態に係る冷却装置1では、接続配管16に設けられた開閉弁17を、液相配管13と接続配管16との第1合流部191の圧力が、サブ気相配管15内の圧力よりも高いときに閉じ、サブ気相配管15内の圧力よりも低いときに開く。これにより、接続配管16を介して液相配管13からサブ気相配管15に液相の冷媒Lが逆流することを抑制して、サブ気相配管15内に滞留した液相の冷媒Lを、接続配管16を介して液相配管13に効率良く排出することができる。
As described above, in the
1 冷却装置
2 組電池
3 電子制御装置
11 凝縮器
12 蒸発器
13 液相配管
14 メイン気相配管
15 サブ気相配管
16 接続配管
17 開閉弁
21 電池セル
22 電池温度センサ
151 第1管部
152 第2管部
153 第3管部
154 第4管部
155 第5管部
156 第6管部
L 液相の冷媒
1
Claims (1)
前記蒸発部よりも上方に配置されており、前記冷媒と外部流体との熱交換により気相の前記冷媒を凝縮させることによって、前記冷媒の熱を前記外部流体に放熱する凝縮部と、
前記蒸発部から前記凝縮部に気相の前記冷媒を導くための気相配管と、
前記凝縮部から前記蒸発部に液相の前記冷媒を導くための液相配管と、
前記気相配管と前記液相配管とを接続する接続配管と、
を備えた冷却装置であって、
前記接続配管に設けられ、前記気相配管と前記液相配管との間での前記冷媒の流れを、前記接続配管内の流路の開閉度を変化させることによって制御する制御弁と、
前記液相配管側の圧力が前記気相配管側の圧力よりも高いときに前記開閉度を小さくし、前記液相配管側の圧力が前記気相配管側の圧力よりも低いときに前記開閉度を大きくするように、前記制御弁を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする冷却装置。 An evaporating part that cools the object to be cooled by evaporating the refrigerant in the liquid phase by heat exchange between the object to be cooled and the refrigerant.
A condensing section that is arranged above the evaporating section and that dissipates the heat of the refrigerant to the external fluid by condensing the refrigerant in the gas phase by heat exchange between the refrigerant and the external fluid.
A gas phase pipe for guiding the refrigerant of the gas phase from the evaporation part to the condensing part, and
A liquid phase pipe for guiding the liquid phase refrigerant from the condensing part to the evaporating part,
A connection pipe connecting the gas phase pipe and the liquid phase pipe,
It is a cooling device equipped with
A control valve provided in the connecting pipe and controlling the flow of the refrigerant between the gas phase pipe and the liquid phase pipe by changing the degree of opening / closing of the flow path in the connecting pipe.
When the pressure on the liquid phase piping side is higher than the pressure on the gas phase piping side, the opening / closing degree is reduced, and when the pressure on the liquid phase piping side is lower than the pressure on the gas phase piping side, the opening / closing degree is reduced. A control device that controls the control valve so as to increase the size of
A cooling device characterized by being provided with.
Priority Applications (1)
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JP2020013938A JP2021120598A (en) | 2020-01-30 | 2020-01-30 | Cooling device |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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2020
- 2020-01-30 JP JP2020013938A patent/JP2021120598A/en active Pending
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